Wasserstoffproduktion


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Technische und industrielle Mittel zur Erzeugung von Wasserstoff.

Stichwort: Wasserstofferzeugung, Industrie, Elektrolyse, Pyrolyse, Reformieren, Metallkatalysatoren, Kosten, Bedingungen, Ausbeutung.

Einführung

Sehr in Mode jetzt, und vielleicht zu Unrecht betrachtet, als eine Energielösung für die zukünftigen Generationen, Wasserstoff ist jedoch nicht im nativen Zustand auf der Erde.

Es kann daher nicht als Energiequelle in Betracht gezogen werden (Im Gegensatz zu fossilen oder erneuerbaren Energien), sondern lediglich ein Energieträger, Also eine Möglichkeit, Energie zu transportieren oder zu übertragen. Leider sind die Zwänge im Zusammenhang mit der Nutzung von Wasserstoff als Energieträger zahlreich, so dass die flüssigen Erdölbrennstoffen noch viele Jahre vor sich haben.

Aber neben diesen Überlegungen die Verwendung von Wasserstoff, lassen Sie uns zum Thema dieses Artikels zu bekommen. Tatsächlich, da Wasserstoff in natürlicher Form auf der Erde existiert nicht, war es notwendig (und vor allem wird es) entwickeln éconologiquement wirtschaftlicheren Produktionsmethoden. Hier ist ein Überblick über die aktuellen Methoden.

Zur Information ist derzeit Wasserstoff-Energie (neben den Rand Brennstoffzellen-Fahrzeuge auf reinen H2 ausgeführt wird) nur in einem Bereich verwendet: der Raum starten.

1) Rohstoffe

Kohlenwasserstoffen (Erdgas) und Wasser Hauptsächlich.

2) Die industrielle Fertigung.

H2O Reduktionsprinzip:
a) Kohlenwasserstoffe, vor allem Erdgas,
b) Elektrolyse,
c) Kohlenstoff.

3) Reformierung von Erdgas: Hauptquelle von Dihydrogen.

Da 1970, Naphtha Reformierung wird im Allgemeinen durch Erdgas ersetzt.

a) Prinzip

Das Synthesegas wird durch Dampfreformieren erzeugt, in 800 - 900 ° C und 3,3 MPa, in Gegenwart eines Katalysators aus Nickeloxid auf Aluminiumoxid mit Ringen zu 10 16 Masse-% Ni imprägniert (Dauer der 8 10 Leben Jahre) und gemäß der Reaktion:

CH4 + H2O <====> CO + 3 H2 Reaktionswärme 298 206,1 + = K kJ / mol

Die Reaktion stark endotherm, erfordert eine kontinuierliche Zufuhr von Energie. Das Gasgemisch strömt durch die Rohre von außen erhitzt, um den Katalysator enthält. Von der Größenordnung von zehn bis einigen hundert Rohre (bis 500) von 10 11 cm im Durchmesser und m lang in einen Ofen gestellt. Nach der Reform enthält das Synthesegas durch Volumen von nicht umgesetztem Methan bei 5 11%.

Der Katalysator ist sehr empfindlich auf die Anwesenheit von Schwefel NiS zu geben: weniger als S-Atom 1 1000 auf Ni-Atom ist ausreichend, um den Katalysator zu vergiften. Erdgas muss innerhalb von 0,1 ppm S. entschwefelt werden

Nach prédésulfuration durch katalytische Hydrierung durch Absorption in einer wässrigen Lösung von Diethanolamin (siehe das Bearbeitungsgas Lacq in Kapitel Schwefel) gefolgt erhalten, durchgeführt, eine neue Hydrierung 350 - 400 ° C ermöglicht, in der Gegenwart von Molybdän-Katalysatoren -cobalt oder Molybdän-Nickel-Transformation alle Schwefelverbindungen in Schwefelwasserstoff. Schwefelwasserstoff wird auf 380 fixiert - 400 ° C auf Zinkoxid gemäß der Reaktion:

H2S + ZnO ---> ZnS + H2O

b) Verwendung des Synthesegases zu erzeugen, Ammoniak (ohne Rückgewinnung von CO):

Es ist ein sekundäres Reformieren durch Zugabe von Luft in einer Menge bereitgestellt, so dass der Inhalt mit H2 diazotiert, in den stöchiometrischen Anteilen der NH3 Bildungsreaktion. Air oxidiert den restlichen O2 CH4. Der Katalysator wird, bezogen auf Nickeloxid.

CO Synthesegas wird dann umgewandelt, durch Umwandlung mit zusätzlichen Produktion CO2 H2 in 2 Schritten. Somit ist ein Gas, das 70% der H2.

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

- To 320 - 370 ° C mit einem Katalysator auf Basis von Eisenoxid (Fe3O4) und Chromoxid (Cr2O3) mit auf Kupfer basierenden Metallzugabe. Der Katalysator ist in Form von Pellets, die aus pulverförmigen Oxiden erhalten oder Spinelle, sein Leben zu 4 10 Jahre und älter. Zum 2 3 Vol-% Rest CO werden in einem zweiten Schritt umgewandelt wird,

- To 205 - 240 ° C mit einem Katalysator auf Basis von Kupferoxid (15 30 in Masse-%) und Chromoxiden und Zink auf Aluminiumoxid, das Leben zu 1 5 Jahren. Nach der Umwandlung: CO Rest von etwa 0,2 Vol%.

- CO2 wird durch Auflösen in einer Lösung von Aminen 35 bar oder in einer Kaliumcarbonat-Lösung entfernt. Durch Entspannen auf Normaldruck wird CO2 gelöst und die Lösung recycelt.

- Wasserstoff wird dann verwendet, um Ammoniak zu synthetisieren

c) Verwendung von Synthesegas mit Rückgewinnung von CO und H2.

Reformieren ist eine interessante Rohstoffquelle von CO zur Herstellung von Essigsäure, Ameisensäure, Acrylsäure, Phosgen und Isocyanaten.

Nach der Entfernung von Kohlendioxid und Trocknen, Dihydrogenphosphat und Kohlenmonoxid abgetrennt. Air Liquide nutzt zwei kryogene Verfahren:

- Durch die in Tauscher und Kondensation von CO Kühlung: CO mit einer Reinheit von 97-98% und H2 enthält bei 2 5% CO.

- Durch die Abkühlung durch mit flüssigem Methan Schrubben: CO mit einer Reinheit von 98-99% und H2 enthält nur wenige ppm CO.

Zum Beispiel die Essigsäureeinheit von Rhône-Poulenc in Pardies (64) (14 800 m3 / h CO und 32 290 m3 / h H2) Übernahme von Acetex (Kanada) und die 1995 von Phosgen SNPE Toulouse mit diesen Methoden.

d) Gewinnung hochreinen H2

Anwendungen wie Elektronik, Lebensmittelverarbeitung, Raumfahrtantriebe Dihydrogen erfordern sehr hohe Reinheit. Dies wird durch die Adsorption von Verunreinigungen an Aktivkohle (PSA-Verfahren) gereinigt. Die Reinheit erhalten kann größer als 99,9999% betragen.

4) Elektrolysen

- NaCl: H2 co (28 kg pro Tonne H2 Cl2) gibt 3% der Welt H2. In Europa sind mehr als die Hälfte der Dihydrogen von Industriegasproduzenten aus dieser Quelle verteilt.

- Von H2O: derzeit nicht profitabel. Die Rentabilität wird auf die Stromkosten verbunden, den Verbrauch von etwa 4,5 kWh / m3 H2. Globale installierte Leistung oder 33 000 m3 von H2 / h, geben etwa 1% der Welt H2.

Die Elektrolyse wird durchgeführt, um eine wässrige KOH-Lösung unter Verwendung von (von 25 zu 40% Konzentration), die höchsten Reinheits Wasser (Aktivkohlefiltration und insgesamt Entsalzung durch Ionenaustauschharze) verwendet wird. Der Widerstand muss höher sein als 2 104 W.cm. Die Kathode wird Flußstahl durch die Bildung einer Oberflächenablagerung auf Basis von Ni aktiviert. Die Anode ist vernickelt oder feste Nickel. Die am häufigsten verwendete Membran ist Asbest (Chrysotil). Die Spannung ist zwischen 1,8 und 2,2 V. Die Leistung von Elektrolyseur 2,2 2,5 MW erreichen.

5) Pyrolyse von Kohle enthält etwa 5% der H2.

Die Koksproduktion (durch Entgasung von Kohle, 1100-1400 ° C) verursacht einen Gas 60% H2 - 25% CH4 (1 t Kohle gibt 300 Gas m3). Da der Einsatz von Erdgas H2, Kokereigas zu erzeugen, wird verbrannt und zurückgewonnene Energie freigesetzt (Kapitel Erdgas sehen).

6) Kohlevergasung

Hauptquelle der H2 vor dem Einsatz von Erdgas. Es wird nicht mehr verwendet, jetzt mit Ausnahme von Südafrika (Sasol), wodurch Synthesegas für synthetischen Kraftstoff herzustellen. Diese Technik ist derzeit nicht profitabel mit Ausnahme einiger Produktionseinheiten: NH3 (Japan), Methanol (Deutschland), Essigsäureanhydrid (USA, von Eastman-Kodak).

- Prinzip: Bildung von Wassergas oder Synthesegas, in 1000 ° C.

C + H2O <====> CO + H2
Enthalpie Reaktion 298 ° K = + 131 kJ / mol

endotherme Reaktion, die ein Treib O2 erfordert die Kohlenstoffverbrennungstemperatur aufrechtzuerhalten. Die Gaszusammensetzung: 50% H2 - 40% CO.

Verbesserung der Produktion von H2 durch CO-Konvertierung, siehe oben.

- Gebrauchte Technik: Vergasung Vergasern (Lurgi).



In Zukunft könnte die unterirdische Vergasung verwendet werden.

7) Andere Quellen

- Reformieren und katalytisches Cracken von Erdölprodukten.

- Dampf-Cracken von Naphtha (Ethylen-Produktion).

- Nebenprodukt aus der Herstellung von Styrol (Atochem, Dow): Hauptquelle.

- Cracking Methanol (Grande Paroisse Prozess) in Kourou, Französisch-Guayana, von Air Liquide verwendet flüssigem Wasserstoff (10 Mio. L / Jahr) für die Ariane-Flüge zu erzeugen.

- Die partielle Oxidation von Erdölfraktionen (Shell und Texaco-Verfahren).

- Reinigungsgas in Ammoniak Produktionseinheiten.

- Mikroorganismen durch biochemische Reaktionen. Zum Beispiel mit Mikroalgen: die Chlamydomonas Ausbeuten sind noch recht niedrig, aber der aktuellen Forschung ist vielversprechend. Mehr Informationen klicken Sie hier. Aber Achtung: die genetischen Veränderungen Organismen an der Basis der ozeanischen Nahrungskette sind nicht ohne Risiko ...


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