Водородът като източник на енергия с високи екологични свойства - промишлени методи за получаване на

Страница 3 от 8

Според геолози, в земната атмосфера непрекъснато се разпределят огромно количество водород в газообразно състояние без никаква човешка намеса.

Запасите от водород, свързан в органична материя и вода, практически неизчерпаем [Ponamarov-Steppe]. Скъсване на тези връзки позволява на водород и след това се използва като гориво.

Понастоящем, повечето от водород, произведени в индустриален мащаб се получава в процеса на пара риформинг на метан в света (PCM). [Ponamarov-Steppe] Така полученият водород се използва като реагент за пречистване на масло и като компонент на азотни торове, а също и за ракетни технологии.

За отделяне на водород от въглеродния субстрат в метан изисква пара и топлинна енергия при температури от 750-850 ° С, и се появява в риформинг пара за химичните каталитични повърхности. Първият етап на реакцията разцепва метан и пара на водород и въглероден окис (синтетичен газ). След това "реакция изместване" превръща въглероден окис и вода във въглероден двуокис и водород. Тази реакция се провежда при температури от 200-250 ° С За провеждане на ендотермични процес ПКМ изгаряния около половината от първоначалния газ.

Частичното окисление на метан и неговите хомолози, могат да произвеждат водород и въглероден оксид. В реакцията на СО с водна пара може да бъде превърнато в СО2 и водород. След пречистване, преобразуваната газ от въглероден диоксид, получен водород. суровина съдържащ метан може да бъде природен газ, газове, преминаващи масло, обработка нефтохимическата газове, коксов газ и т.н.

Водород и въглероден оксид се получава от въглеводородни газове чрез частично окисление на водна пара, въглероден двуокис, кислород. Частичното окисление на метан протича в съответствие със следните основни реакции:

Въглероден окис, който е част от различни газове може да се рециклира до водород и въглероден двуокис с помощта на водна пара съгласно реакцията:

Този процес се провежда при повишени температури в присъствие на катализатори.

Окислението на метан с излишък от водна пара може да се получи чрез реакция на

която може да се разглежда като цялостен процес поток на две последователни реакции (4) и (1).

За увеличаване на добива водород в превръщането на метан с пара е от интерес да се завърши превръщането на метан съгласно реакция (5) с директен добив на водород в една стъпка, и въглероден диоксид. Въпреки това, този процес една стъпка е термодинамично неизгодно, тъй като при по-ниски температури на превръщането на реакционните продукти остава доста значителни количества метан, при повишени температури и газ ще съдържа голямо количество въглероден окис. Следователно, ендотермичен процес съгласно реакция (1) е термодинамично предпочитан при високи температури за провеждане и реакцията (5) -с ниски температури. Поради това, в практиката на процеса на производство на водород чрез парна риформинг на метан превръщане се извършва в два отделни етапа. Първо, при относително високи температури съединяващи метан на въглероден окис и водород, и след това полученият въглероден окис при ниски температури се превръща в СО2 и водород.

Използването на излишък от водна пара в сравнение със стехиометрично позволява не само да се увеличи степента на конверсия на метан, но също така да предотврати разпределението на елементен въглерод. В бягство въглерод върху катализатора в този случай се превръща в пара или въглероден диоксид във въглероден окис и водород.

Въз основа на икономически съображения, свързани с използването на естествена енергия компресия газ и да се намали размера на оборудването и увеличаване на скоростта на преобразуване на метан на метода се провежда за предпочитане при повишени налягания (15-30 банкомат): Това позволява да се постигне някаква степен на метан конверсия при малко по-високи температури, отколкото при атмосферно налягане.

В случай на скорост хомолози метан превръщане на увеличения водна пара с нарастващ брой на въглеродните атоми в изходния въглеводород.

От практическа гледна точка, превръщането на метан и неговите хомолози, се провежда при значителен излишък на пара, достигайки 2-2,5-кратен излишък от стехиометрично количество. С повишаване на температурата, скоростта на относителната поток на пара може да се намали поради преминаването реакционната равновесие в благоприятна посока и да се увеличи скоростта на процеса.

При нагряване на метан хомолози и ненаситени въглеводороди с разпределение пара въглероден започва в условията на ниска температура от метана. [Atroschenko]

Недостатък на този метод е за получаване на водород, който е замърсен СО2 и изисква допълнително пречистване. Но дори и след това количество остатъчен водород съдържа въглероден диоксид.

И най-важното е, че по време на производството на H2 по този начин се получава въглероден диоксид, което навлиза в атмосферата, които допринасят за замърсяването и повишаване на неговата "парников ефект".

Очевидно, в близко бъдеще, методите за производство на водород, използвайки въглеродни материали са основни. Въпреки това, суровини и екологични ограничения пара метан процес реформинг, стимулира развитието на процеса на производство на водород от водата. Многобройни методи са разработени за разлагане на вода в нейните съставни елементи.

Сред методи за получаване на водород от вода-голям интерес в контекста на атомен водород енергия са електролиза, и termoelektrohimicheskie термохимични цикли.

Директен термолиза на вода

При температура над 2500 ° С вода се разлага на водород и кислород. Проблемът тук е да се предотврати рекомбинация на водород и кислород.

Термо-цикли и termoelektrohimicheskie. Както е известно, за директно термичното разлагане на водата на водород и кислород се изисква висока температура при 2500 ° С Такава висока температура може да се получи, например, като се използва слънчева енергия концентратори. Въпреки това, водата може да бъде термично разлага при по-ниска температура, като се използва поредица от химични реакции, които изпълняват следните функции: свързващи вода, разцепване на възстановяването на водород и кислород реагенти. В термохимичен процес за производство на водород с ефективност 50%, като се използва поредица от химични реакции (например, сярна киселина-йод процеса) и изисква подаване на топлина при температура от около 1000 ° С Източникът на топлина по време на термохимична разлагане на водата е висока температура - температура на реактора. отделните етапи на процеса на този тип заедно с termiches Ким-излагане на водород абстракция могат да бъдат използвани ток (електролиза, плазма).

Изучават много комбинации от химични реакции, в които водата се разделят на водород и кислород в затворен цикъл с абсорбция на топлинна и електрическа енергия. Този цикъл може да бъде изградена на базата на РТР. Когато пара метан превръщане на около половината от водород, произведен от водата. Довежда съдържанието на линия водород получава чрез отцепване на вода до 100%, е възможно чрез електрохимична или плазма възстановяване на метан от метанол, за да го върне към главата на процеса. Изборът на оптимален процес на разлагане на вода се определя от няколко критерия, сред които най-важните са: ефективността на цикъла, термодинамичните и кинетични характеристики на отделните реакции, наличието и цената на реагентите, съвместимостта на реагентите и материалите на строителство, безопасността процес, екологични съображения и, в крайна сметка, икономическата ефективност.

Американски изследователи Ричард Diver и Dzhim Милър от Sandia National Laboratories са измислили друг начин за производството на водород - без лечение електролиза на вода. нов Генераторът на водород включва противоположно въртящи се пръстени, разположени от активни елементи - нанокомпозитни феритна структура с циркониев диоксид.

След парата предоставят тези пръстени кислород оттеглено от тях чрез химична реакция, и освободената водородът се изпомпва в специални резервоари. След това, в резултат на топлинната обработка се освобождава кислород пръстени. Все пак, говорим за икономическата целесъобразност на прилагане на този метод, както е твърде рано, както и много други, въпреки че тези въпроси, включително в рамките на Световната Водородна енергия асоциация, създадена още през 1974 г., ангажирани в продължение на много години.

Електролитно разлагане на вода (електролиза).

Електролитната водородът е най-лесно достъпно, но скъп продукт. В света на електролитно произвежда само 4% от водород. [R. Kathari] За разлагане на чиста вода при условия на околната среда, напрежение на 1.24 волта. Напрежението зависи от температурата и налягането на електролита и другите свойства на клетката елемент менти. В търговски и пилотна инсталация електролитна осъществява енергийната ефективност -70 - 75%, включително за електролиза под налягане [Atroschenko] парна електролиза -. Един вид на конвенционален електролиза. Част от необходима за разцепването на водна енергия, в този случай, да бъдат вградени в висока температура топлина за отопление пара (900 ° С), което прави процеса по-ефективен.

Благодарение на загубите на напрежение, а също и поради факта, че водород тока по-малко от 100%, практически консумация на енергия е много по-висока. Обикновено, консумацията на енергия е 5,0 - 5,9 кВтч / m3 от водород, съответстващи на добив от 50 -60% енергия.

През 1888 г., LL Лачинов предложения за провеждане на електролиза на вода под налягане. След това, беше установено, че това позволява да се повиши температурата на електролизата, което води до повишаване на електропроводимостта на електролита и намалява общия потенциал. Ако при 80 ° С напрежението е 2,07 V и консумацията на енергия е 4.97 кВтч / m3 Н2, в случай на електролиза под налягане при 120 ° С напрежение пада до 1.8 V, и консумацията на мощност на 4.44 кВтч / m3 на водород (15.98 MJ). Изходът на резултати по този начин газове от ваната при високо налягане.

В някои съвременни електролитни вода постига практически показатели 4,1- 4,2 кВтч на m 3 Н2 [Fateev] - и това много, като първо приближение, цената на водород до 75-80% от стойността на електрическата енергия, консумирана за неговото получаване , Необходимо е да се спомене, че при определени условия, като част от някаква система, в която важната роля на разпределението на енергия и да го прехвърля на обхвата, може да дойде време, когато разпределението на електроенергийната система с помощта на водород е по-изгодно, отколкото в системата с електричество. [Ponamarov2]
Изследвания единици GE Global изследвания (САЩ) се опитват да намалят разходите за Електролизери чрез извършване на корпусите на пластмаси, устойчиви на алкален електролит среда и металната маса на поставена на електродите да се намали за сметка на отлагане на катализатор на базата на никел. След това производство водород разходите се намаляват. Въпреки това, недостатъчна конкурентоспособност.

счита канадски произведен корпорация «Stuart енергетиката» В света на най-доброто от промишлени водни алкални Electrolyzers. Те са стабилни за дълъг, ресурса осигурява специфичен разход на по-малко от 5 кВтч / м 3 Н2 [Ponamarov-Steppe], което ги прави (при ниска стойност на потреблението на електроенергия и глобални цени на метан) е конкурентна за производство на водород превръщане на природен газ, като се използва люлка адсорбция. Освен това, тези Електролизери позволяват да се промени на товара в диапазона от 3% до 100%, докато промяната на натоварването на електролитна тип PV-500 води до значително намаляване на тяхната работа.

Интересно е да знаете

Американското министерство на енергетиката избран 37-изследователски проекти в акумулирането на енергия, биомаса, въглероден диоксид и залавянето на други посоки. Сред тях - новите йонни течности метал въздух батерия базирани с енергийна плътност над 6-20 пъти енергийната плътност на конвенционални литиеви батерии, както и проект за получаване на бензин директно от слънчева светлина и СО2, използвайки две микробен симбиоза.

купува петрол да купуват масло Mobil Mobil купува автомобили онлайн магазин