수소 생산


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수소 생산 용 기술 및 산업 수단.

핵심 단어 : 수소 생성, 산업, 전기 분해, 열분해, 개질, 금속 촉매, 비용, 조건, 작동.

소개

매우 유행하고 미래 세대를위한 에너지 솔루션으로 잘못 생각한 수소는 지구상에 존재하지 않습니다.

그것은 할 수 없다. 에너지 원으로 간주되지 않는다. (화석이나 재생 에너지와는 달리) 단순히 에너지 벡터즉, 에너지를 운송하거나 전달하는 수단. 불행히도, 에너지 수소의 사용과 관련된 제약은 많기 때문에 액체 석유 연료는 여전히 좋은 해를 보냈습니다.

그러나 수소 사용과 관련한 이러한 고려 사항 외에도이 기사의 목적을 달성하도록하겠습니다. 실제로 수소는 지구상의 자연적인 형태로 존재하지 않기 때문에 생태 학적으로 수익성있는 생산 방법을 개발하는 것이 필요하다 (그리고 무엇보다도 필요하다). 다음은 현재 방법의 개요입니다.

정보를 위해서는 현재 수소 에너지 (순수한 H2에서 작동하는 한계 연료 전지 차량 이외에)가 한 곳에서만 사용됩니다 : 우주 발사대.

1) 원자재

주로 탄화수소 (천연 가스)와 물.

2) 산업 생산.

H2O의 감소 원리 :
(a) 탄화수소, 주로 천연 가스,
(b) 전기 분해,
(c) 탄소.

3) 천연 가스 개질 :이 수소의 주요 공급원.

1970 이후, 나프타의 개질은 일반적으로 천연 가스의 개질으로 대체된다.

a) 원칙

합성 가스는 800에서, 수증기 개질에 의해 생성된다 - C 및 900 MPa의 ° 3,3, Ni를 질량 %로하는 10 16 함침 알루미나 반지 산화 니켈 촉매의 존재하에 (기간에 인생 8에서 10 년) 그리고 반응에 따라 :

CH4 + H2O <====> CO + 3 H2 298 ° K에서 엔탈피 반응 = + 206,1 kJ / mole

반응은 매우 흡열적이고 지속적인 에너지 공급이 필요합니다. 기체 혼합물은 촉매를 함유하는 외부에서 가열 된 튜브 내에서 순환한다. 10 ~ 수 백개의 튜브 (500까지)의 10 cm 직경과 11 m 길이를 오븐에 넣습니다. 개질 후, 합성 가스는 미처리 된 메탄의 부피 5 %에서 11를 함유한다.

촉매는 NiS를 제공하는 황의 존재에 매우 민감하다 : 1 Ni 원자에 비해 1000 S 원자가 촉매를 독성시키기에 충분하다. 천연 가스는 0,1 ppm S 미만으로 탈황해야합니다.

몰리브덴 촉매의 존재하에 가능하게, 350 ° C - 에탄올 아민의 수용액으로 흡수 하였다 촉매 수소화에 의해 수득 prédésulfuration 후 새로운 수소화가 400 수행 (제 유황의 처리 가스 Lacq 참조) 코발트 또는 몰리브덴 - 니켈을 사용하여 모든 황 화합물을 황화수소로 전환시킵니다. 황화수소는 반응에 따라 산화 아연의 380-400 ° C에 붙습니다 :

H2S + ZnO ---> ZnS + H2O

b) 암모니아 생산을위한 합성 가스의 사용 (CO 회수없이) :

이차적 개질은 NH2 형성 반응의 화학량 론적 비율로 H3과 함께 질소 함유량이되는 양의 공기를 첨가함으로써 수행된다. O2 공기는 나머지 CH4을 산화시킵니다. 사용 된 촉매는 산화 니켈을 기본으로합니다.

합성 가스의 CO는 변환에 의해 H2의 추가 생성물 인 CO2로 2 단계로 변환됩니다. 따라서 70 %의 H2를 함유하는 가스가 얻어진다.

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

-에 320 - 370 ° C 산화철 (Fe3O4) 및 구리 계 금속에 첨가하여 산화 크롬 (Cr2O3)에 기초한 촉매. 이 촉매는 산화물 또는 스피넬 파우더에서 얻은 펠렛 형태로, 4에서 10 년까지의 수명이 있습니다. 잔여 CO의 2 3 % 부피는 두 번째 단계에서 전환되며,

- 205로 - 알루미나 240 ° C 산화 구리에 기초한 촉매 (15 중량 %를 30까지) 및 크롬 산화물과 아연, 수명은 1 년 5한다. 전환 후 : 잔류 CO는 약 0,2 %입니다.

- CO2은 아민 용액 (35 bar) 또는 탄산 칼륨 용액에 용해시켜 제거한다. 대기압에서 이완되면 CO2가 방출되고 용액은 재활용됩니다.

- 디 하이드로젠은 암모니아 합성에 사용됩니다.

c) CO 및 H2의 회수와 함께 합성 가스의 사용.

개질은 아세트산, 포름산, 아크릴산, 포스겐 및 이소시아네이트 제조용 CO 원료의 흥미로운 출처입니다.

존재하는 이산화탄소를 제거하고 건조한 후에,이 수소와 일산화탄소가 분리된다. Air Liquide는 두 가지 극저온 공정을 사용합니다.

- 기 및 CO의 응축 냉각 : CO-는 97 98 %의 순도를 가지며,이 H2 %의 CO를 2 5하기를 포함한다.

- 액체 메탄으로 세척하여 냉각 시킴 : CO는 98-99 %의 순도를 가지고 H2는 CO를 단지 몇 ppm 만 포함합니다.

예를 들어, Pardies의 롱 - 프랑 (Rhone-Poulenc) (64) (CO 및 14 800 m3 / 시간의 H32 290 3 m2은 / H)에 1995 Acetex (캐나다) 및 포스겐의 회복에 의해 아세트산 부 툴루즈의 SNPE는이 방법을 사용합니다.

d) 고순도 H2 얻기

전자, 식품 가공 및 우주 추진과 같은 응용 분야는 매우 높은 순도의 dihydrogen을 필요로합니다. 이것은 활성탄 (PSA 공정)에 불순물을 흡착시켜 정제합니다. 수득 된 순도는 99,9999 %보다 클 수있다.

4) 전기 분해

- 염화나트륨 : H2 공동 (28 kg 당 톤 H2 Cl2의)은 세계 H3의 2의 %를 제공합니다. 유럽에서는 산업 가스 생산자가 분배하는이 수소의 절반 이상이이 원천에서 나온다.

- H2O : 현재 수익성이 없습니다. 수익성은 전기의 비용, 4,5 킬로와트 / m3 H2에 대한 소비로 연결되어 있습니다. 글로벌 설치 용량 또는 H33의 000 3 m2는 / h로, 세계 H1의 약 2 %를 제공합니다.

전기 분해 (이온 교환 수지에 의해 활성탄 및 여과를 총 탈회) 순수한 물을 사용 가능 (% 농도 25하는 40의) 수성 KOH 용액을 사용하여 수행된다. 저항은 2 104 W.cm보다 커야합니다. 음극은 Ni 기반 표면 침전물의 형성에 의해 활성화 된 연강으로 만들어진다. 양극은 니켈 도금 강 또는 고체 니켈입니다. 가장 많이 사용되는 격막은 석면 (크리 소 타일)입니다. 전압은 1,8와 2,2 V 사이입니다. 전해 기 전원은 2,2 MW에서 2,5에 도달 할 수 있습니다.

5) 5 % H2에 관한 석탄의 열분해.

(석탄, 1100-1400 ° C의 탈 휘발 화에 의해) 코크스 생산 가스 60 % H2 범 - 25 %의 CH4 (1 t의 석탄은 m300 3 가스를 준다). H2을 생산하기 위해 천연 가스를 사용하기 때문에 코크스 오븐 가스가 연소되고 방출 된 에너지가 회수됩니다 (천연 가스 장 참조).

6) 석탄 기화

천연 가스를 사용하기 전에 H2의 주요 공급원. 합성 연료 용 합성 가스를 생산하는 남아프리카 공화국 (Sasol 회사)을 제외하고는 더 이상 사용되지 않습니다. 이 기술은 현재 NH3 (일본), 메탄올 (독일), 무수 아세트산 (미국, Eastmann-Kodak)과 같은 일부 생산 단위를 제외하고는 수익성이 없습니다.

- 원리 : 1000 ℃에서 물 또는 합성 가스로 기체를 형성한다.

C + H2O <====> CO + H2
298 ° K = + 131 kJ / mole에서의 반응 엔탈피

흡열 반응으로 O2을 불어 탄소를 연소시켜 온도를 유지해야합니다. 기체의 조성 : 50 % H2 - 40 % CO.

CO 전환에 의한 H2의 생산이 향상되었습니다 (위 참조).

- 사용 된 기술 : 가스 발생기의 가스화 (Lurgi).



미래에 지하 가스화가 사용될 수 있습니다.

7) 기타 출처

- 석유 제품의 개질 및 접촉 분해.

- 나프타 (에틸렌 생산)의 Vococracking.

- 스티렌 제조의 부산물 (Elf Atochem, Dow) : 중요한 출처.

- 메탄올 크래킹 (Grande Paroisse process) : 아리안 항공의 액체이 수소 (10 million L / year)를 생산하기 위해 에어 리퀴드 (Air Liquide) 가이아나의 쿠루 (Kourou)에서 사용.

- 석유 분획의 부분 산화 (Shell 및 Texaco 공정).

- 암모니아 생산 설비에서 가스를 퍼지합니다.

- 생화학 반응에 의한 미생물. 예를 들어 미세 조류의 경우 : Chlamydomonas 수확량은 여전히 ​​매우 낮지 만 현재 연구가 유망합니다. 자세한 정보, cliquez - 이리. 그러나 조심하십시오 : 해양 먹이 사슬 기지의 생물체에 대한 유전 적 변형은 위험이 없습니다.


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