Producerea de hidrogen

Saratov Maria Stanislavovna, Ageeva Elena Evgenievna, școala №75, 10A

Energia hidrogenului a fost formată ca una dintre direcțiile de dezvoltare a progresului științific și tehnologic la mijlocul anilor 1970. De îndată ce zona extinderea cercetării asociate cu obținerea, stocarea, transportul și utilizarea hidrogenului, devin tehnologii tot mai evidente hidrogen avantaje de mediu în diferite domenii ale economiei naționale. Progresele în dezvoltarea unui număr de tehnologii de hidrogen (cum ar fi celulele de combustie, sistemele de transport pentru hidrogen, hidrură de metal, și multe altele) au demonstrat că utilizarea rezultatelor hidrogenului din punct de vedere calitativ noi indicatori în sisteme sau ansambluri. Un studii de fezabilitate realizate au arătat că, în ciuda faptului că hidrogenul este o sursă de energie secundară, care este în valoare de mai mult decât natural combustibil, utilizarea sa, în unele cazuri, punct de vedere economic acum. Prin urmare, activitatea privind energia hidrogenului în multe țări, în special industrializate aparțin domeniilor prioritare ale științei și tehnologiei și sunt găsirea de mai mult sprijin financiar din partea ambelor agenții guvernamentale și de capital privat.







În stare liberă și în condiții normale, hidrogenul este un gaz incolor, fără miros și gust. În raport cu aerul, hidrogenul are o densitate de 1/14. De obicei există în combinație cu alte elemente, de exemplu oxigenul în apă, carbonul în metan și compușii organici. Deoarece hidrogenul este extrem de activ din punct de vedere chimic, este rareori prezent ca un element nelegat.

Rezervele de hidrogen legate în materie organică și în apă sunt practic inepuizabile. Ruptura acestor legături face posibilă producerea de hidrogen și apoi utilizarea ca combustibil. Au fost dezvoltate numeroase procese pentru a descompune apa în elementele constitutive ale acesteia.

Când se încălzește peste 2500 ° C, apa se descompune în hidrogen și oxigen (termoliză directă). O astfel de temperatură ridicată poate fi obținută, de exemplu, folosind concentrate de energie solară. Problema aici este de a preveni recombinarea hidrogenului și a oxigenului.

In prezent, cea mai mare parte hidrogenul produs în scară industrială este obținută în procesul de reformare a aburului de metan în lume (PCM). Hidrogenul astfel obținut este utilizat ca reactiv pentru purificarea uleiului și ca o componentă a îngrășămintelor azotoase, precum și pentru tehnologia rachetelor. Aburul și căldură la temperaturi de 750-850 0 C sunt necesare pentru a separa hidrogenul din substratul de carbon în metan, care are loc în instalația de reformare a aburului pe suprafețe chimic catalitice. Prima etapă a procesului PCM scindează metanul și vaporii de apă în hidrogen și monoxid de carbon. După aceasta, a doua etapă „reacția de transformare“ convertește monoxid de carbon și apă în dioxid de carbon și hidrogen. Această reacție are loc la temperaturi de 200-250 ° C.

În anii 1930, gazul de sinteză a fost produs la scară industrială în URSS prin gazificarea cu aburi a cărbunelui. În prezent, tehnologia de gazificare a cărbunelui în regimul super-adiabatic este dezvoltată la IPCP RAS din Chernogolovka. Această tehnologie permite conversia energiei termice din cărbune în energia termică a gazului de sinteză cu o eficiență de 98%.

Deoarece 70-e în țară au fost efectuate și fundamentarea științifică și tehnică necesară și verificarea experimentală a proiectelor de reactor cu heliu mare (HTGR) stații de tehnologie nucleară (AETS) pentru industria chimică și de oțel. Printre ei ABTU-50, iar mai târziu - proiect ehnergotehnologicheskoj instalație de reactor nuclear cu o capacitate de 400 UH-1060 MW pentru complexul chimic nucleară și producerea hidrogenului din compoziții pe bază, pentru producerea de amoniac și metanol, precum și numărul urmați aceste proiecte de direcție.

Baza pentru proiectele HTGR a fost dezvoltarea de motoare cu rachete nucleare pe hidrogen. Reactoarele de testare la temperaturi înalte și motoarele demonstrative de rachete nucleare, create în țara noastră în acest scop, și-au demonstrat capacitatea de a lucra cu încălzirea cu hidrogen până la o temperatură record de 3000K.







reactor de temperatură ridicată, cu lichid de răcire cu heliu - este un nou tip de surse de energie nucleară universale ecologice, proprietăți unice - capacitatea de a genera căldură la temperaturi de peste 1000 0 C, și un nivel ridicat de securitate - determină oportunități de a le folosi pentru producerea unei puteri ciclu turbină cu gaz, cu randament ridicat și de a furniza procese de căldură și electricitate la temperaturi ridicate ale producției de hidrogen, desalinizare, procese chimice, rafinarea petrolului ayuschey, metal, etc .. industrii.

Una dintre cele mai avansate în acest domeniu este proiectul internațional GT-MHR, care este dezvoltat în comun de către instituțiile rusești și compania americană GA. Compania cooperează, de asemenea, cu firma Framatom și cu electricianul Fuji.

Prepararea hidrogenului atomic.

Ca sursă de hidrogen atomic, se utilizează substanțe care separă atomii de hidrogen după iradiere. De exemplu, atunci când este iradiat cu lumină ultravioletă, iodura de hidrogen reacționează cu formarea hidrogenului atomic:

Pentru hidrogenul atomic, de asemenea, metoda aplicabilă de disociere termică a hidrogenului molecular pe o platină, paladiu sau un fir de wolfram încălzit într-o atmosferă de hidrogen la o presiune mai mică de 1,33 Pa. Disocierea hidrogenului în atomi poate fi realizată prin utilizarea de substanțe radioactive. Este cunoscută o metodă de producere a hidrogenului atomic într-o descărcare electrică de înaltă frecvență, cu înghețarea ulterioară a hidrogenului molecular.

Metode fizice de extragere a hidrogenului din amestecuri care conțin hidrogen.

Hidrogenul în cantități semnificative este conținut în multe amestecuri de gaze, de exemplu în gazul de cocserie, în gazul produs prin piroliza butadienei, în producerea de divinil.

Pentru a extrage hidrogenul din amestecuri de gaz conținând hidrogen, se utilizează metode fizice de extracție și concentrare a hidrogenului.

Condensare la temperaturi joase și fracționare. Acest proces se caracterizează printr-un grad ridicat de extracție a hidrogenului din amestecul de gaze și indicatori economici favorabili. De obicei, la o presiune a gazului de 4 MPa, este necesară o temperatură de 115 K pentru a obține hidrogenul de 93-94%. La o concentrație de hidrogen în gazul sursă de peste 40%, rata de recuperare poate atinge 95%. Consumul de energie pentru concentrarea H2 de la 70 la 90% este de aproximativ 22 kW. h pentru 1000 m3 de hidrogen eliberat.

Lansare de adsorbție. Acest procedeu se realizează utilizând site moleculare în adsorberi care funcționează ciclic. Aceasta poate fi efectuată la o presiune de 3-3,5 MPa cu un grad de recuperare de 80-85% H2 sub formă de concentrat de 90%. În comparație cu metoda cu temperatură scăzută a evoluției hidrogenului, acest proces necesită aproximativ 25-30% mai puțin capital și 30-40% din costurile de funcționare.

Evoluția de adsorbție a hidrogenului cu ajutorul solvenților lichizi. În unele cazuri, metoda este adecvată pentru obținerea H2 pură. Prin această metodă, 80-90% din hidrogenul conținut în amestecul gazos inițial poate fi recuperat și concentrația acestuia în produsul țintă atinge 99,9%. Consumul de energie pentru extracție este de 68 kW. h pentru 1000 m 3 H2.

Producerea de hidrogen prin electroliza apei.

Electroliza apei este una dintre cele mai cunoscute și bine studiate metode de obținere a hidrogenului. Se asigură producerea unui produs pur (99,6-99,9% H2) într-o singură etapă tehnologică. În costul de producție pentru hidrogen, costul energiei electrice este de aproximativ 855.

Această metodă a fost aplicată într-un număr de țări care dispun de resurse semnificative pentru energia hidroelectrică ieftină. Cele mai mari complexe electrochimice se află în Canada, India, Egipt, Norvegia, însă au fost create mii de instalații mai mici și funcționează în multe țări ale lumii. Această metodă este de asemenea importantă deoarece este cea mai universală în ceea ce privește utilizarea surselor de energie primară. În legătură cu dezvoltarea energiei nucleare, este posibilă o nouă înflorire a electrolizei pe bază de energie electrică ieftină din centralele nucleare. Resursele industriei energetice moderne sunt insuficiente pentru a produce hidrogen ca produs pentru utilizarea ulterioară a energiei.

Metoda electrochimică de obținere a hidrogenului din apă are următoarele calități pozitive: 1) puritate ridicată a hidrogenului produs - până la 99,99% și mai mare; 2) simplitatea procesului tehnologic, continuitatea acestuia, posibilitatea celei mai complete automatizări, absența părților mobile în celula electrolitică; 3) posibilitatea obținerii celor mai valoroase produse secundare - apă grea și oxigen; 4) materii prime publice și inepuizabile - apă; 5) flexibilitatea procesului și posibilitatea obținerii de hidrogen direct sub presiune; 6) separarea fizică a hidrogenului și a oxigenului în procesul de electroliză.

În toate procesele de producere a hidrogenului, descompunerea apei ca produs secundar va produce cantități semnificative de oxigen. Acest lucru va oferi noi stimulente pentru aplicarea sa. El își va găsi locul nu numai ca un accelerator al proceselor tehnologice, ci și ca un agent de curățare și vindecător de neînlocuit al rezervoarelor, a apelor reziduale industriale. Această sferă a utilizării oxigenului poate fi extinsă la atmosferă, sol, apă. Arderea oxigenului în cantități tot mai mari de deșeuri menajere poate rezolva problema deșeurilor solide ale orașelor mari.

Chiar și un produs mai valoros al electrolizei apei este apa grea - un bun moderator al neutronilor în reactoarele nucleare. În plus, apa grea este utilizată ca materie primă pentru producerea de deuteriu, care la rândul său este materia primă pentru energia termonucleară.

Cartea de referință. „Hidrogen. Proprietăți, recepție, depozitare, transport, aplicare ". Moscova "Chimie" - 1989







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: