Sản xuất hydro


Chia sẻ bài báo này với bạn bè của bạn:

Kỹ thuật và phương tiện sản xuất hydro.

Từ khóa: thế hệ hydro, công nghiệp, điện phân, nhiệt phân, cải tạo, chất xúc tác kim loại, chi phí, điều kiện, hoạt động.

Giới thiệu

Rất thời trang hiện nay và được coi là một giải pháp năng lượng cho các thế hệ tương lai, hydro không tồn tại ở đất nước bản địa trên trái đất.

Nó không thể không được coi là một nguồn năng lượng (không giống như năng lượng hóa thạch hoặc năng lượng tái tạo) nhưng chỉ đơn giản là một vector năng lượngnghĩa là, một phương tiện vận chuyển hoặc chuyển giao năng lượng. Thật không may, những khó khăn liên quan đến việc sử dụng năng lượng hydro là rất nhiều, vì vậy nhiên liệu dầu mỏ lỏng vẫn còn có những năm tốt phía trước.

Nhưng ngoài những cân nhắc liên quan đến việc sử dụng hydro, chúng ta hãy đi đến đối tượng của bài báo này. Thật vậy, vì hydro không tồn tại dưới dạng tự nhiên trên trái đất, cần thiết phải (và trên hết là cần thiết) để phát triển các phương pháp sản xuất sinh thái sinh lợi. Dưới đây là tổng quan về các phương pháp hiện tại.

Để biết thông tin, hiện nay năng lượng hydro (ngoài các tế bào nhiên liệu cận biên hoạt động trên H2 tinh khiết) chỉ được sử dụng trong một khu vực: máy phóng không gian.

1) Nguyên liệu thô

Chủ yếu là các hydrocarbon (khí tự nhiên) và nước.

2) Sản xuất công nghiệp.

Nguyên tắc giảm H2O bằng cách:
(a) hydrocarbon, chủ yếu là khí tự nhiên,
(b) điện phân,
(c) cacbon.

3) Cải cách khí tự nhiên: nguồn chính của dihydrogen.

Kể từ 1970, việc cải tổ naptha nói chung được thay thế bằng khí tự nhiên.

a) Nguyên tắc

Khí tổng hợp được sản xuất bằng hơi nước cải cách, trong 800 - 900 ° C và 3,3 MPa, trong sự hiện diện của chất xúc tác của oxit niken trên vòng nhôm ngâm tẩm với 10 để 16% theo khối lượng của Ni (thời gian cuộc đời 8 đến 10 năm) và theo phản ứng:

CH4 + H2O CO = 3 H2 Phản ứng Enthalpy ở 298 ° K = + 206,1 kJ / mol

Phản ứng cực kỳ nóng và đòi hỏi cung cấp năng lượng liên tục. Hỗn hợp khí lưu thông trong các ống, được đun nóng bên ngoài, chứa chất xúc tác. Theo thứ tự từ 10 đến vài trăm ống (đến 500) 10 cm đường kính và 11 m dài được đặt trong lò nướng. Sau khi cải tạo, khí tổng hợp chứa 5 ở 11% theo thể tích mêtan chưa qua chế biến.

Chất xúc tác này rất nhạy cảm với sự có mặt của lưu huỳnh mang lại cho NiS: nguyên tử 1 S ít hơn đối với nguyên tử Ni 1000 đủ để gây độc cho chất xúc tác. Khí tự nhiên phải được khử lưu hoá đến dưới 0,1 ppm S

Sau prédésulfuration thu được bằng cách hydro hóa xúc tác sau đó hấp thụ trong một dung dịch nước của Diethanolamine (xem chế biến dầu khí Lacq tại Chương lưu huỳnh), một hydro mới thực hiện để 350 - 400 ° C, làm cho nó có thể, với sự có mặt của chất xúc tác molypden -cobalt hoặc molybdenum-niken, để chuyển đổi tất cả các hợp chất lưu huỳnh thành hydrogen sulphide. Hydrogen sulfide được gắn vào 380 - 400 ° C trên oxit kẽm theo phản ứng:

H2S + ZnO ---> ZnS + H2O

b) Sử dụng khí tổng hợp để sản xuất amoniac (không có CO):

Cải cách thứ cấp được thực hiện bằng cách bổ sung không khí với một lượng mà hàm lượng dinitrogen, với H2, theo tỷ lệ pha trộn của phản ứng tạo NH3. O2 không khí oxy hóa CH4 còn lại. Chất xúc tác được sử dụng dựa trên oxit niken.

CO của khí tổng hợp sau đó được chuyển đổi, bằng cách chuyển đổi thành CO2 với sản xuất H2 bổ sung, thành các bước 2. Do đó, một loại khí có chứa 70% H2.

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

- để 320 - 370 ° C với một chất xúc tác dựa trên oxit sắt (Fe3O4) và oxit crom (Cr2O3) với đồng dựa Ngoài kim loại. Chất xúc tác là ở dạng bột viên thu được từ oxit bột hoặc spinels, 4 cuộc sống của mình cho 10 tuổi trở lên. 2 3% theo thể tích CO dư được chuyển đổi trong bước thứ hai,

- để 205 - 240 ° C với một chất xúc tác dựa trên oxit đồng (15 để 30% tính theo trọng lượng) và crom oxit và kẽm trên alumina, cuộc sống 1 để 5 năm. Sau khi chuyển đổi: dư CO khoảng 0,2% theo thể tích.

- CO2 được loại bỏ bằng cách hòa tan trong dung dịch amin tại thanh 35 hoặc trong dung dịch kali cacbonat. Bằng cách thư giãn ở áp suất khí quyển, CO2 được giải phóng, và dung dịch được tái chế.

- Dihydrogen sau đó được sử dụng để tổng hợp ammonia

c) Sử dụng khí tổng hợp với thu hồi CO và H2.

Cải cách là nguồn nguyên liệu thô quan trọng của CO để sản xuất axit acetic, axit formic, acrylic acid, phosgene và isocyanates.

Sau khi loại bỏ carbon dioxide hiện có và làm khô, các dihydrogen và carbon monoxide được tách ra. Air Liquide sử dụng hai quy trình làm lạnh:

- Bằng cách làm mát trong bộ trao đổi và ngưng tụ CO: CO có độ tinh khiết 97-98% và H2 chứa 2 tại 5% CO.

- Bằng cách rửa bằng khí mê-tan lỏng: CO có độ tinh khiết 98-99%, và H2 chỉ chứa một vài ppm CO.

Ví dụ, các đơn vị axit axetic từ Rhone-Poulenc trong Pardies (64) (14 800 m3 / h của CO và 32 290 m3 / h H2) phục hồi bởi Acetex (Canada) trong 1995 và của phosgene SNPE ở Toulouse sử dụng các phương pháp này.

d) Có độ tinh khiết cao H2

Các ứng dụng như điện tử, chế biến thực phẩm và động cơ không gian đòi hỏi phải có độ tinh khiết cao dihydrogen. Điều này được tinh chế bằng cách hấp phụ các tạp chất lên than hoạt tính (quá trình PSA). Độ tinh khiết thu được có thể lớn hơn 99,9999%.

4) Điện phân

- NaCl: H2 đồng sản phẩm (28 kg H2 trên mỗi tấn Cl2) cho 3% H2 trên thế giới. Ở châu Âu, hơn một nửa dihydrogen được phân phối bởi các nhà sản xuất khí công nghiệp đến từ nguồn này.

- H2O: hiện không có lợi nhuận. Lợi nhuận liên quan đến chi phí điện, mức tiêu thụ theo thứ tự của 4,5 kWh / m3 H2. Công suất lắp đặt toàn cầu, 33 000 m3 của H2 / h, sản lượng khoảng 1% của H2 toàn cầu.

Điện phân được thực hiện bằng dung dịch nước KOH (từ 25 đến 40%), sử dụng nước có độ tinh khiết nhất (lọc than hoạt tính và tổng lượng khử khoáng bằng nhựa trao đổi ion). Điện trở suất phải lớn hơn 2 104 W.cm. Cathode được làm bằng thép nhẹ kích hoạt bằng sự hình thành của một lớp phủ bề mặt Ni. Anode là thép mạ nickel hoặc niken rắn. Màng chắn được sử dụng nhiều nhất là amiăng (chrysotile). Điện áp nằm giữa 1,8 và 2,2 V. Điện cực điện có thể đạt tới 2,2 tại 2,5 MW.

5) Pyrolysis than có chứa khoảng 5% H2.

Coke sản xuất (bằng devolatilization của than, 1100-1400 ° C) đưa ra một khí 60% H2 - 25% CH4 (1 t than cung cấp cho 300 khí m3). Vì việc sử dụng khí thiên nhiên để sản xuất H2, than cốc lò gas được đốt và phục hồi năng lượng phát hành (xem Chương khí đốt tự nhiên).

6) Khí hoá than

Nguồn chính H2 trước khi sử dụng khí tự nhiên. Nó không còn được sử dụng ngoại trừ ở Nam Phi (công ty Sasol) sản xuất khí tổng hợp cho nhiên liệu tổng hợp. Kỹ thuật này hiện không có lợi nhuận ngoại trừ một vài đơn vị sản xuất: NH3 (Nhật), methanol (Đức), anhydrit axetic (Hoa Kỳ, bởi Eastmann-Kodak).

- Nguyên tắc: hình thành khí bằng nước hoặc khí tổng hợp, tại 1000C.

C + H2O <====> CO + H2
Enthalpy của phản ứng tại 298 ° K = + 131 kJ / mol

Phản ứng nhiệt huyết đòi hỏi thổi O2 để duy trì nhiệt độ bằng cách đốt carbon. Thành phần của khí: 50% H2 - 40% CO.

Cải thiện sản xuất H2 bằng cách chuyển đổi CO, xem ở trên.

- Kỹ thuật sử dụng: khí hóa trong máy phát điện (Lurgi).



Trong tương lai, có thể sử dụng khí hoá dưới lòng đất.

7) Các nguồn khác

- Cải cách và xúc tác nứt các sản phẩm dầu mỏ.

- Khảo sát nồng độ naphtha (sản xuất etylen).

- Sản phẩm phụ sản xuất styrene (Elf Atochem, Dow): nguồn quan trọng.

- Sự nứt methanol (quá trình Grande Paroisse): được sử dụng tại Kourou, Guyana, bởi Air Liquide, để sản xuất dihydrogen lỏng (10 triệu L / năm) cho các chuyến bay Ariane.

- oxy hóa một phần các phân đoạn dầu mỏ (quy trình Shell và Texaco).

- Rửa khí từ các đơn vị sản xuất amôniắc.

- Vi sinh vật bằng phản ứng sinh hóa. Ví dụ với một vi-tảo: sản lượng Chlamydomonas vẫn còn khá thấp nhưng nghiên cứu hiện nay đầy hứa hẹn. Thêm thông tin, cliquez ici. Nhưng hãy cẩn thận: những thay đổi di truyền về sinh vật ở đáy chuỗi thực phẩm đại dương không phải là không có rủi ro ...


Nhận xét trên Facebook

Để lại một bình luận

địa chỉ email của bạn sẽ không được công bố. Các trường bắt buộc được đánh dấu *