हाइड्रोजन उत्पादन की तकनीक और औद्योगिक साधन।

कीवर्ड: हाइड्रोजन उत्पादन, उद्योग, इलेक्ट्रोलिसिस, pyrolysis, सुधार, धातु उत्प्रेरक, लागत, स्थिति, शोषण।

परिचय

बहुत फैशनेबल आज और माना जाता है, शायद गलत तरीके से, भविष्य की पीढ़ियों के लिए एक ऊर्जा समाधान के रूप में, हाइड्रोजन अभी भी पृथ्वी पर अपनी मूल स्थिति में मौजूद नहीं है।

अत: कर सकते हैं ऊर्जा का स्रोत नहीं माना जाना चाहिए (जीवाश्म या अक्षय ऊर्जा के विपरीत), लेकिन महज एक ऊर्जा वाहक, यह ऊर्जा के परिवहन या हस्तांतरण का एक माध्यम है। दुर्भाग्य से, ऊर्जावान हाइड्रोजन के उपयोग से जुड़ी बाधाएं कई हैं, ताकि तरल पेट्रोलियम ईंधन अभी भी उनके आगे अच्छे साल हैं।

लेकिन, हाइड्रोजन के उपयोग से संबंधित इन विचारों के अलावा, आइए हम इस लेख के विषय पर आते हैं। वास्तव में, चूंकि हाइड्रोजन पृथ्वी पर प्राकृतिक रूप में मौजूद नहीं है, इसलिए पारिस्थितिक रूप से लाभदायक तरीकों को विकसित करने के लिए यह आवश्यक था (और सबसे ऊपर यह आवश्यक होगा)। यहाँ वर्तमान तरीकों का अवलोकन है।

जानकारी के लिए, वर्तमान में हाइड्रोजन ऊर्जा (शुद्ध एच 2 पर चलने वाले सीमांत ईंधन कोशिकाओं के वाहनों के अलावा) केवल एक क्षेत्र में उपयोग किया जाता है: अंतरिक्ष लांचर।

1) कच्चे माल

मुख्य रूप से हाइड्रोकार्बन (प्राकृतिक गैस) और पानी।

2) औद्योगिक विनिर्माण।

H2O कमी सिद्धांत:
क) हाइड्रोकार्बन, मुख्य रूप से प्राकृतिक गैस,
ख) इलेक्ट्रोलिसिस,
ग) कार्बन।

dihydrogen का मुख्य स्रोत: 3) प्राकृतिक गैस में सुधार।

1970 के बाद से, सुधार मिट्टी का तेल आम तौर पर प्राकृतिक गैस की जगह है।

एक) सिद्धांत

नीस के द्रव्यमान से 800 से 900% के साथ संकलित एल्युमिना के छल्ले पर निकल ऑक्साइड पर आधारित उत्प्रेरक की उपस्थिति में, 3,3 - 10 ° C और 16 MPa पर वाष्प सुधार द्वारा सिंथेसिस गैस का उत्पादन किया जाता है। जीवनकाल 8 से 10 वर्ष) और प्रतिक्रिया पर निर्भर करता है:

CH4 + H2O <====> CO + 3 H2 298 ° K = + 206,1J पर तिल की प्रतिक्रिया

प्रतिक्रिया, बहुत एंडोथर्मिक, ऊर्जा की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है। गैस मिश्रण ट्यूबों में फैलता है, बाहरी रूप से गरम होता है, जिसमें उत्प्रेरक होता है। दस से कुछ सौ नलियों (500 तक) के क्रम में 10 सेमी व्यास और 11 मीटर लंबी एक ओवन में रखा जाता है। सुधार करने के बाद, संश्लेषण गैस में 5 से 11% असंक्रमित मीथेन की मात्रा होती है।

से एटम 1 1000 नी परमाणु के लिए उत्प्रेरक जहर करने के लिए पर्याप्त है कम: उत्प्रेरक सल्फर की उपस्थिति एनआईएस देने के लिए बहुत संवेदनशील है। प्राकृतिक गैस 0,1 पीपीएम एस के भीतर किया जाना चाहिए desulfurized

डायथेनॉलमाइन के जलीय घोल (सल्फर चैप्टर में लैक गैस का उपचार देखें) में अवशोषण के बाद कैटेलिटिक हाइड्रोजनीकरण द्वारा प्राप्त पूर्व-पूर्ति के बाद, एक नया हाइड्रोजनीकरण लगभग 350 - 400 ° C पर किया जाता है, जो मोलिब्डेनम उत्प्रेरक की उपस्थिति में अनुमति देता है। -कोबाल्ट या मोलिब्डेनम-निकल, सभी सल्फर यौगिकों को हाइड्रोजन सल्फाइड में बदलने के लिए। हाइड्रोजन सल्फाइड 380 के आसपास तय होता है - प्रतिक्रिया के आधार पर जस्ता ऑक्साइड पर 400 ° C:

H2S + ZnO ––> ZnS + H2O

ख) अमोनिया (सीओ वसूली के बिना) का उत्पादन करने के लिए संश्लेषण गैस का उपयोग करें:

एनएच 2 गठन प्रतिक्रिया के स्टोइकोमेट्रिक अनुपात में एच 3 के साथ नाइट्रोजन सामग्री ऐसी है कि नाइट्रोजन सामग्री हवा में जोड़कर एक माध्यमिक सुधार किया जाता है। हवा से O2 शेष CH4 ऑक्सीकरण करता है। उपयोग किया जाने वाला उत्प्रेरक निकल ऑक्साइड पर आधारित है।

सीओ संश्लेषण गैस तो 2 चरणों में रूपांतरण द्वारा परिवर्तित किया जाता है, अतिरिक्त उत्पादन CO2 H2 के साथ। इस प्रकार, एक गैस H70 की 2% से युक्त।

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

- तांबा पर आधारित धातु के अलावा आयरन ऑक्साइड (Fe320O370) और क्रोमियम ऑक्साइड (Cr3O4) पर आधारित उत्प्रेरक के साथ 2 - 3 डिग्री सेल्सियस पर। उत्प्रेरक चूर्ण ऑक्साइड या स्पिनल्स से प्राप्त छर्रों के रूप में होता है, इसका जीवनकाल 4 से 10 साल और अधिक होता है। अवशिष्ट सीओ की मात्रा से 2 से 3% एक दूसरे चरण में परिवर्तित हो जाते हैं,

- कॉपर ऑक्साइड (द्रव्यमान द्वारा 205 से 240%) और एल्यूमिना पर जिंक ऑक्साइड, जीवन काल 15 से 30 वर्ष पर आधारित उत्प्रेरक के साथ 1 - 5 डिग्री सेल्सियस पर। रूपांतरण के बाद: मात्रा के बारे में 0,2% के अवशिष्ट सीओ।

- 2 बार या पोटेशियम कार्बोनेट के घोल में एमाइन के घोल में घोल देने से CO35 खत्म हो जाती है। वायुमंडलीय दबाव के विस्तार से, सीओ 2 जारी किया जाता है, और समाधान पुनर्नवीनीकरण किया जाता है।

- डिहाइड्रोजेन का उपयोग अमोनिया को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है

ग) सीओ और H2 की वसूली के साथ संश्लेषण गैस का प्रयोग करें।

एसिटिक एसिड, फॉर्मिक एसिड, ऐक्रेलिक एसिड, फॉसजीन और आइसोसाइनेट्स के निर्माण के लिए सीओ कच्चे माल का एक दिलचस्प स्रोत है।

कार्बन डाइऑक्साइड और सुखाने को हटाने के बाद, dihydrogen और कार्बन मोनोऑक्साइड अलग हो रहे हैं। एयर Liquide दो क्रायोजेनिक प्रक्रियाओं का उपयोग करता है:

- एक्सचेंज के ठंडा होने और सीओ के संघनन में: सीओ की शुद्धता 97-98% होती है और H2 में CO का 2 से 5% होता है।

- तरल मीथेन के साथ धोने से ठंडा करने से: CO की शुद्धता 98-99% होती है, और H2 में CO का केवल कुछ पीपीएम होता है।

उदाहरण के लिए, 64 में परेटीज़ (14) (CO के 800 m3 / h और H32 के H290) में Rhône-Poulenc एसिटिक एसिड यूनिट को Acetex (कनाडा) द्वारा लिया गया और उस से फॉस्जीन टूलूज़ में एसएनपीई इन प्रक्रियाओं का उपयोग करता है।

घ) उच्च शुद्धता प्राप्त H2

इलेक्ट्रॉनिक्स, भोजन, अंतरिक्ष प्रणोदन जैसे अनुप्रयोगों में बहुत अधिक शुद्धता वाले हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है। यह सक्रिय कार्बन (पीएसए प्रक्रिया) पर अशुद्धियों के सोखने से शुद्ध होता है। प्राप्त की गई शुद्धता 99,9999% से अधिक हो सकती है।

4) इलेक्ट्रोलीज़

- NaCl: H2 सह-उत्पादित (Cl28 का 2 किलोग्राम प्रति टन H2) दुनिया के H3 का 2% देता है। यूरोप में, औद्योगिक गैस उत्पादकों द्वारा वितरित हाइड्रोजन के आधे से अधिक स्रोत इसी स्रोत से आते हैं।

- H2O: वर्तमान में लाभदायक नहीं है। लाभप्रदता बिजली की लागत से जुड़ी है, खपत लगभग 4,5 kWh / m3 H2 है। वैश्विक रूप से स्थापित क्षमता, यानी H33 / h का 000 m3, वैश्विक H2 का लगभग 1% देता है।

इलेक्ट्रोलिसिस को एक जलीय केओएच समाधान (25 से 40% एकाग्रता) का उपयोग करके किया जाता है, जो शुद्ध संभव पानी (सक्रिय कार्बन पर निस्पंदन और आयन एक्सचेंज रेजिन द्वारा कुल विमुद्रीकरण) का उपयोग करता है। प्रतिरोधकता 2 डब्ल्यूसीएम से अधिक होनी चाहिए। कैथोड को हल्के स्टील से बनाया जाता है जो नी पर आधारित सतह जमा के गठन से सक्रिय होता है। एनोड निकल-प्लेटेड स्टील या ठोस निकल से बना है। सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला डायाफ्राम एस्बेस्टोस (क्राइसोटाइल) है। वोल्टेज 104 और 1,8 वी के बीच है। प्रति इलेक्ट्रोलेसर की शक्ति 2,2 से 2,2 मेगावाट तक पहुंच सकती है।

5) कोयले की Pyrolysis H5 की 2% के बारे में होता है।

कोक का उत्पादन (कोयले से वाष्पशील पदार्थ को हटाकर, 1100-1400 डिग्री सेल्सियस पर) 60% H2 - 25% CH4 पर गैस देता है (कोयले का 1 टी 300 m3 गैस देता है)। चूंकि H2 का उत्पादन करने के लिए प्राकृतिक गैस का उपयोग किया जाता है, कोकिंग गैस को जला दिया जाता है और जारी की गई ऊर्जा वापस मिल जाती है (प्राकृतिक गैस अध्याय देखें)।

6) कोयला गैसीकरण

प्राकृतिक गैस का उपयोग करने से पहले H2 का मुख्य स्रोत। यह वर्तमान में दक्षिण अफ्रीका (ससोल कंपनी) को छोड़कर उपयोग नहीं किया जाता है, जो इस प्रकार सिंथेटिक ईंधन के निर्माण के लिए संश्लेषण गैस का उत्पादन करता है। एनएच 3 (जापान), मेथनॉल (जर्मनी), एसिटिक एनहाइड्राइड (संयुक्त राज्य अमेरिका, ईस्टमैन-कोडक द्वारा: यह तकनीक वर्तमान में कुछ उत्पादन इकाइयों को छोड़कर लाभदायक नहीं है।

- सिद्धांत: 1000 डिग्री सेल्सियस पर पानी या सिनेगास के साथ गैस का निर्माण।

C + H2O <====> CO + H2
प्रतिक्रिया तापीय धारिता 298 ° कश्मीर = + 131 केजे / मोल

एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया जिसे कार्बन जलाने से तापमान बनाए रखने के लिए ओ 2 ब्लास्ट की आवश्यकता होती है। गैस संरचना: 50% एच 2 - 40% सीओ।

सीओ रूपांतरण द्वारा H2 के उत्पादन में सुधार, ऊपर देखें।

- तकनीक का इस्तेमाल किया: गैसीफायर गैसीफायर (Lurgi) में।

भविष्य में, भूमिगत गैसीकरण का उपयोग किया जा सकता है।

7) अन्य स्रोतों

- पेट्रोलियम उत्पादों का सुधार और उत्प्रेरक क्रैकिंग।

- नेफ्था (एथिलीन का उत्पादन) की स्टीम क्रैकिंग।

- स्टाइलिन (एल्फ एटोकैम, डॉव) के निर्माण का उत्पाद: महत्वपूर्ण स्रोत।

- मेथनॉल क्रैकिंग (ग्रैंड पैरिस प्रक्रिया): एरियन फ्लाइट्स के लिए लिक्विड हाइड्रोजन (10 मिलियन L / वर्ष) का उत्पादन करने के लिए एयर लिक्विड द्वारा फ्रेंच गयाना में कौरू में उपयोग किया जाता है।

- पेट्रोलियम कटौती (शैल और टेक्साको प्रक्रियाओं) का आंशिक ऑक्सीकरण।

- अमोनिया उत्पादन इकाइयों से पर्ज गैस।

- जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा सूक्ष्मजीव। एक सूक्ष्म शैवाल के साथ उदाहरण के लिए: क्लैमाइडोमोनस पैदावार अभी भी काफी कम है, लेकिन वर्तमान अनुसंधान आशाजनक है। अधिक जानकारी, यहां क्लिक करें। लेकिन खबरदार: समुद्री खाद्य श्रृंखला के आधार पर जीवों के लिए आनुवंशिक संशोधन जोखिम के बिना नहीं हैं ...