ייצור מימן

טכניקות ואמצעים תעשייתיים לייצור מימן.

מילות מפתח: ייצור מימן, תעשייה, אלקטרוליזה, פירוליזה, רפורמציה, זרזי מתכת, עלויות, תנאים, פעולה.

מבוא

אופנתי מאוד כיום ונחשב, אולי שלא בצדק, כפתרון אנרגיה לדורות הבאים, מימן בכל זאת אינו קיים במדינתו על כדור הארץ.

הוא לא יכול לא להיחשב כמקור אנרגיה (שלא כמו אנרגיות מאובנות או מתחדשות) אלא פשוט וקטור אנרגיהכלומר אמצעי הובלה או העברת אנרגיה. למרבה הצער, האילוצים הקשורים לשימוש במימן אנרגטי הם רבים, עד כדי כך שדלקי נפט נוזליים עדיין מצפים לשנים טובות.

אך בנוסף לשיקולים אלה הקשורים לשימוש במימן, בואו נגיע לנושא מאמר זה. ואכן, מכיוון שהמימן אינו קיים בצורה טבעית על פני האדמה, היה צורך (ומעל לכל יהיה צורך) לפתח שיטות ייצור רווחיות מבחינה אקולוגית. להלן סקירה של השיטות הנוכחיות.

למידע, כיום משתמשים באנרגיית מימן (בנוסף לתאי דלק שוליים הפועלים על H2 טהור) רק באזור אחד: משגרי חלל.

1) חומרי גלם

בעיקר פחמימנים (גז טבעי) ומים.

2) ייצור תעשייתי.

עקרון הפחתה של H2O על ידי:
(א) פחמימנים, בעיקר גז טבעי,
ב) אלקטרוליזה,
(ג) פחמן.

3) רפורמה בגז טבעי: המקור העיקרי של דיהידרוגן.

מאז 1970, הרפורמה של נפטא מוחלפת באופן כללי על ידי זו של הגז הטבעי.

א) עיקרון

גז סינתזה מיוצר על ידי רפורמציה של אדים, בטמפרטורות של 800 - 900 מעלות צלזיוס ו -3,3 מגה פיקסל, בנוכחות זרז המבוסס על תחמוצת ניקל על טבעות אלומינה ספוגות 10 עד 16% במסה של Ni ( חיים 8 עד 10 שנים) ובהתאם לתגובה:

CH4 + H2O <====> CO + 3 H2 אנטלפיית התגובה ב 298 ° K = + 206,1 kJ / שומה

התגובה, אנדותרמית מאוד, מצריכה אספקת אנרגיה רציפה. תערובת הגז מסתובבת בצינורות, מחוממים חיצונית, ומכילים את הזרז. בסדר גודל של עשר עד כמה מאות צינורות (עד 500) קוטר 10 ס"מ ואורך 11 מ 'בתנור. לאחר הרפורמה, גז הסינתזה מכיל 5 עד 11% בנפח מתאן לא מוסב.

קראו גם:  דלקים: הגדרות

הזרז מאוד רגיש לנוכחות גופרית המעניקה NiS: פחות מאטום S 1 S לאטום 1000 ניקל בכדי להרעל את הזרז. יש להמיס גז טבעי לפחות מ- 0,1 ppm S

לאחר גופרית מוקדמת שהושגה על ידי הידרוגנציה קטליטית ואחריה ספיגה בתמיסה מימית של דיאתנולאמין (ראה טיפול בגז Lacq בפרק הגופרית), הידרוגנציה חדשה המתבצעת בסביבות 350 - 400 מעלות צלזיוס, מאפשרת, בנוכחות זרזי מוליבדן. -קובלט או מוליבדן-ניקל, כדי להפוך את כל תרכובות הגופרית למימן גופרתי. מימן גופרתי קבוע בסביבות 380 - 400 מעלות צלזיוס על תחמוצת אבץ בהתאם לתגובה:

H2S + ZnO –––> ZnS + H2O

ב) שימוש בגז סינתזה לייצור אמוניה (ללא התאוששות CO):

רפורמה משנית מתבצעת על ידי הוספת אוויר בכמות כזו שתכולת החנקן היא, עם H2, בפרופורציות הסטואיומטריות של התגובה ליצירת NH3. O2 מהאוויר מחמצן את CH4 שנותר. הזרז המשמש מבוסס על תחמוצת ניקל.

ה- CO של גז הסינתזה מומר לאחר מכן, על ידי המרה, ל- CO2 עם ייצור נוסף של H2, לצעדים של 2. כך מתקבל גז המכיל 70% H2.

CO + H2O <====> CO2 + H2 DrH ° 298 = - 41 kJ / שומה

- בטמפרטורה של 320 - 370 מעלות צלזיוס עם זרז על בסיס תחמוצת ברזל (Fe3O4) ותחמוצת כרום (Cr2O3) עם תוספת מתכתית על בסיס נחושת. הזרז הוא בצורה של כדורים המתקבלים מאבקת תחמוצות או ספינלים, אורך חייו 4 עד 10 שנים ויותר. ה -2 עד 3% בנפח ה- CO השיורי מומרים בשלב שני,

- בטמפרטורה 205-240 מעלות צלזיוס עם זרז המבוסס על תחמוצת נחושת (15 עד 30% במסה) ותחמוצות כרום ואבץ על אלומינה, אורך חיים 1 עד 5 שנים. לאחר ההמרה: CO שיורי של כ- 0,2% בנפח.

- CO2 מסולק על ידי מומס בתמיסת אמינים ב 35 בר או בתמיסה של אשלגן פחמתי. על ידי התרחבות ללחץ האטמוספרי, CO2 משתחרר, והפתרון ממוחזר.

קראו גם:  קריפוטוביוזה

- דיה מימן משמש אז לסינתזת אמוניה

ג) שימוש בגז סינתזה עם התאוששות CO ו- H2.

רפורמה היא מקור מעניין לחומר גלם CO לייצור חומצה אצטית, חומצה פורמית, חומצה אקרילית, פוסגן ואיזוציאנט.

לאחר הסרת הפחמן הדו-חמצני הנוכחי והייבוש, מופרדים הדיהידרוגן והפחמן החד-חמצני. נוזל אוויר משתמש בשני תהליכים קריוגניים:

- על ידי קירור במחליפים ועיבוי של CO: ל- CO יש טוהר של 97-98% ו- ​​H2 מכיל 2 עד 5% של CO.

- על ידי קירור על ידי כביסה עם מתאן נוזלי: ל- CO יש טוהר של 98-99%, ו- H2 מכיל רק כמה עמודים לדקה של CO.

לדוגמא, יחידת החומצה החומצית רון-פולן בפרדס (64) (14 מ"ק לשעה של CO ו- 800 מ"ק לשעה H3) שהשתלטה על ידי אצטקס (קנדה) בשנת 32 ושל פוסגן מ- SNPE בטולוז משתמשים בתהליכים אלה.

ד) השגת H2 עם טוהר גבוה

יישומים כמו אלקטרוניקה, מזון, הנעה בחלל דורשים מימן עם טוהר גבוה מאוד. זה מטוהר על ידי ספיחה של זיהומים על פחם פעיל (תהליך PSA). הטוהר המתקבל יכול להיות גדול מ- 99,9999%.

4) אלקטרוליזה

- NaCl: H2 מיוצר במשותף (28 ק"ג H2 לטון Cl2) נותן 3% מה- H2 בעולם. באירופה, יותר ממחצית המימן המופץ על ידי יצרני גז תעשייתי מגיע ממקור זה.

- H2O: כרגע לא רווחי. הרווחיות קשורה לעלות החשמל, הצריכה היא סביב 4,5 קוט"ש / מ"ק H3. הקיבולות המותקנות הגלובליות, כלומר 2 מ"ק H33 / h, נותנות כ -000% מה- H3 הגלובלי.

האלקטרוליזה מתבצעת באמצעות תמיסת KOH מימית (ריכוז של 25 עד 40%), תוך שימוש במים הטהורים ביותר (סינון על פחם פעיל ודימינרליזציה מוחלטת על ידי שרפי חילופי יונים). ההתנגדות חייבת להיות גדולה מ -2 וואטס"מ. הקתודה עשויה מפלדה עדינה המופעלת על ידי היווצרות משקע פני שטח על בסיס Ni. האנודה עשויה פלדה מצופה ניקל או ניקל מוצק. הסרעפת הנפוצה ביותר היא אסבסט (כריסוטיל). המתח הוא בין 104 ל -1,8 V. ההספק לכל אלקטרוליזר יכול להגיע ל -2,2 עד 2,2 מגה-ווט.

קראו גם:  אנרגיית הוואקום: הצגת, עדויות ודיון מדעי

5) פירוליזה של פחם המכילה כ- 5% H2.

ייצור קולה (על ידי סילוק חומר נדיף מפחם, ב 1100-1400 מעלות צלזיוס) נותן גז ב 60% H2 - 25% CH4 (1 ט פחם נותן 300 מ"ק גז). מאז השימוש בגז טבעי לייצור H3, נשרף גז תנור הקולה והאנרגיה המשתחררת מוחזרת (ראו פרק הגז הטבעי).

6) גיזוז פחם

המקור העיקרי של H2 לפני השימוש בגז טבעי. כיום הוא אינו משמש עוד אלא בדרום אפריקה (חברת סאסול) המייצרת אפוא גז סינתזה המיועד לייצור דלק סינטטי. טכניקה זו אינה רווחית כרגע למעט כמה יחידות ייצור של: NH3 (יפן), מתנול (גרמניה), אנהידריד אצטי (ארצות הברית, מאת איסטמן-קודאק).

- עיקרון: היווצרות גז עם מים או סינגות, בטמפרטורה של 1000 מעלות צלזיוס.

C + H2O <====> CO + H2
אנתרפליה של התגובה ב- 298 ° K = + 131 kJ / mol

תגובה אנדותרמית הדורשת פיצוץ O2 כדי לשמור על הטמפרטורה על ידי שריפת פחמן. הרכב גז: 50% H2 - 40% CO.

שיפור ייצור H2 על ידי המרת CO, ראה לעיל.

- טכניקה בשימוש: גזיזה בגזים (לורגי).

בעתיד ניתן להשתמש בגיזור תת קרקעי.

7) מקורות אחרים

- רפורמה ופיצוח קטליטי של מוצרי נפט.

- פיצוח קיטור של נפתה (ייצור אתילן).

- תוצר לוואי של ייצור סטירן (Elf Atochem, Dow): מקור חשוב.

- פיצוח מתנול (תהליך Grande Paroisse): משמש בקורו שבגיאנה הצרפתית, על ידי Air Liquide, לייצור מימן נוזלי (10 מיליון ליטר לשנה) המיועד לטיסות אריאן.

- חמצון חלקי של קיצורי נפט (תהליכי מעטפת וטקסאקו).

- טיהור גז מיחידות ייצור אמוניה.

- מיקרואורגניזמים על ידי תגובות ביוכימיות. למשל עם מיקרו-אצה: Chlamydomonas התשואות עדיין נמוכות למדי, אך המחקר הנוכחי מבטיח. עוד מידע, לחץ כאן. אבל היזהר: שינויים גנטיים לאורגניזמים בבסיס שרשרת המזון האוקיאנית אינם חפים מסיכונים ...

השאירו תגובה

כתובת הדוא"ל שלך לא תפורסם. שדות חובה מסומנים *