A produção de hidrogênio


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meios técnicos e industriais de produção de hidrogénio.

Palavras-chave: geração de hidrogênio, indústria, eletrólise, pirólise, a reforma, catalisadores metálicos, custos, condições de exploração.

Introdução

Muito na moda agora, e considerado talvez erradamente, como uma solução de energia para as gerações futuras, o hidrogênio não é, contudo, no estado nativo na Terra.

Não pode, portanto, não ser considerado como uma fonte de energia (Ao contrário de fósseis ou energias renováveis), mas apenas um portador de energiaOu seja, um modo de transporte ou a transferência de energia. Infelizmente, as restrições relacionadas com o uso de energia de hidrogênio são numerosos, de modo que os combustíveis líquidos de petróleo ainda tem muitos anos pela frente.

Mas, além dessas considerações A utilização de hidrogénio, vamos ao assunto deste artigo. Na verdade, já que o hidrogênio não existe de forma natural na terra, era necessário (e, especialmente, ele vai) desenvolver éconologiquement métodos de produção rentáveis. Aqui está uma visão geral dos métodos atuais.

Para obter informações, atualmente energia de hidrogênio (além dos veículos de célula de combustível marginais em execução no H2 pura) só é usado em uma área: O lançamento no espaço.

1) matérias-primas

Principalmente hidrocarbonetos (gás natural) e água.

2) de fabricação industrial.

princípio de redução H2O:
a) hidrocarbonetos, principalmente gás natural,
b) de electrólise,
c) de carbono.

3) A reforma de gás natural: principal fonte de dihydrogen.

Desde 1970, reformando a nafta é geralmente substituído por gás natural.

a) Princípio

O gás de síntese é produzido por reformação de vapor, em 800 - 900 ° C e 3,3 MPa, na presença de catalisador de óxido de níquel sobre alumina impregnada com anéis para 10 16% em massa de Ni (duração 8 10 vida aos anos) e de acordo com a reação:

CH4 + H2O <====> CO + 3 H2 calor de reação ao 298 206,1 + = K kJ / mol

A reacção, altamente endotérmica, requer um fornecimento contínuo de energia. A mistura de gás flui através de tubos aquecidos externamente, contendo o catalisador. A partir da ordem de dez a algumas centenas de tubos (até 500) de 10 11 cm de diâmetro e m de comprimento são colocados num forno. Depois de reformação, o gás de síntese contém pelo 5 11% em volume de metano por reagir.

O catalisador é muito sensível à presença de enxofre para dar NiS: menos de átomo de S 1 1000 para Ni átomo é suficiente para envenenar o catalisador. O gás natural deve ser dessulfurado dentro 0,1 ppm S.

Após prédésulfuration obtido por hidrogenação catalítica seguido por absorção numa solução aquosa de dietanolamina (ver a Lacq processamento de gás no capítulo de enxofre), um novo hidrogenação realizada para 350 - 400 ° C permite, na presença de catalisadores de molibdénio -cobalt ou molibdénio-níquel, transformar todos os compostos de enxofre em sulfureto de hidrogénio. sulfureto de hidrogénio é fixado para 380 - 400 ° C sobre óxido de zinco de acordo com a reacção:

H2S + ZnO ---> ZnS + H2O

b) A utilização do gás de síntese para a produção de amoníaco (sem recuperação de CO):

Não é proporcionado um derivado de reformação por adição de ar numa quantidade tal que o conteúdo é diazotizado com H2, nas proporções estequiométricas de a reacção de formação NH3. Ar oxida o restante O2 CH4. O catalisador é à base de óxido de níquel.

gás de síntese CO é convertido em seguida, pela conversão, com uma produção adicional CO2 H2 em passos 2. Assim, um gás contendo 70% de H2.

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

- Para 320 - 370 ° C com um catalisador à base de óxido de ferro (Fe3O4) e óxido de crómio (Cr2O3) com adição de metal à base de cobre. O catalisador está na forma de peletes obtidos a partir de óxidos em pó ou espinelas sua vida para 4 10 anos e mais velhos. Para o 2 3% em volume de CO residuais são convertidos em uma segunda etapa,

- Para 205 - 240 ° C com um catalisador à base de óxido de cobre (15 30 em% em massa) e óxidos de crómio e de zinco em alumina, a vida 1 5 anos. Após a conversão: CO residual de cerca de 0,2% em volume.

- CO2 é removido por dissolução numa solução de barra de aminas 35 ou em uma solução de carbonato de potássio. Por expansão até à pressão atmosférica, CO2 é libertado, e a solução reciclada.

- O hidrogénio é, em seguida, utilizada para sintetizar amónia

c) Uso de gás de síntese com recuperação de CO e H2.

A reforma é uma fonte de matéria-prima interessante de CO para a produção de ácido acético, ácido fórmico, ácido acrílico, fosgénio e isocianatos.

Após a remoção do dióxido de carbono e secagem, di-hidrogenofosfato e monóxido de carbono são separados. Air Liquide usa dois processos criogénicos:

- Por arrefecimento em permutadores de condensação e de CO: CO tem uma pureza de 97-98% e H2 contém pelo 2 5% de CO.

- Por arrefecimento por lavagem com metano líquido: CO tem uma pureza de 98-99% e H2 contém apenas uma ppm alguns CO.

Por exemplo, a unidade de ácido acético de Rhône-Poulenc em Pardies (64) (14 800 m3 / h de CO e 32 290 m3 / h H2) aquisição pela Acetex (Canadá) e do 1995 de fosgénio SNPE Toulouse usando esses métodos.

d) Obtenção de elevada pureza H2

Aplicações como eletrônica, processamento de alimentos, de propulsão espacial dihydrogen exigem muito alta pureza. Este é purificado por adsorção das impurezas sobre carvão activado (processo PSA). A pureza obtida pode ser maior do que 99,9999%.

4) Electrólise

- NaCl: H2 co (28 kg por tonelada de H2 Cl2) dá 3% do mundo H2. Na Europa, mais de metade do di-hidrogenofosfato distribuído por produtores industriais de gás a partir desta fonte.

- De H2O: atualmente não rentável. A rentabilidade está ligada ao custo da eletricidade, o consumo de cerca de 4,5 kWh / m3 H2. capacidade instalada global ou 33 000 m3 de H2 / h, dar cerca de 1% do H2 mundo.

A electrólise é realizada utilizando uma solução aquosa de KOH (de 25 40 a concentração%), utilizando o mais pura água disponível (filtração de carbono activado e desmineralização total, em resinas de troca de iões). A resistividade deve ser superior a 2 104 W.cm. O cátodo é de aço macio activado pela formação de um depósito de superfície baseada em Ni. O ânodo é niquelado ou níquel sólida. O diafragma mais utilizada é a de amianto (crisotila). A tensão está entre 1,8 e 2,2 V. A potência pode chegar de electrolyser para 2,2 2,5 MW.

5) pirólise do carvão contém cerca de 5% dos H2.

produção de coque (por desvolatilização de carvão, 1100 1400-° C) dá um gás 60% H2 - 25% CH4 (1 t de carvão dá 300 gás m3). Como o uso de gás natural para produzir H2, coque de forno a gás é queimado e se recuperou energia liberada (ver Capítulo gás natural).

6) A gaseificação do carvão

principal fonte de H2 antes do uso do gás natural. Já não é usado agora, exceto a África do Sul (Sasol) produzindo gás de síntese para a fabricação de combustível sintético. Esta técnica não é actualmente rentável excepto para algumas unidades de produção: NH3 (Japão), metanol (Alemanha), anidrido acético (Estados Unidos da América, pela Eastman Kodak-).

- Princípio: formação de gás de água ou gás de síntese, em 1000 ° C.

C + H2O <====> CO + H2
entalpia de reacção 298 ° K = + 131 kJ / mol

reacção endotérmica que requer um O2 sopro para manter a temperatura de combustão do carbono. A composição do gás: 50% H2 - 40% CO.

Melhorar a produção de H2 pela conversão CO, veja acima.

- Técnica usada: gaseificadores de gaseificação (Lurgi).



No futuro, a gaseificação subterrânea pode ser usado.

7) Outras fontes

- Reformar e craqueamento catalítico de produtos petrolíferos.

- Craqueamento a vapor de nafta (produção de etileno).

- Subproduto da fabricação do estireno (Atochem, Dow): fonte principal.

- Cracking metanol (processo Paroisse Grande) usado em Kourou, Guiana Francesa, pela Air Liquide para produzir hidrogênio líquido (10 milhões de l / ano) para os vôos Ariane.

- Oxidação parcial de frações de petróleo (processos Shell e Texaco).

- Gás de purga em unidades de produção de amônia.

- Microrganismos por reações bioquímicas. Por exemplo, com micro-algas: os rendimentos Chlamydomonas são ainda bastante baixo, mas a pesquisa atual é promissor. mais informações cliquez ici. Mas cuidado: as mudanças genéticas nos organismos na base da cadeia alimentar oceânica não são sem risco ...


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