Otrzymywanie wodoru M

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Otrzymywanie wodoru M"

Daniel Górski
6 lat temu
Przeglądów:

1 Otrzymywanie wodoru M

Własności wodoru Wodór to najlżejszy pierwiastek świata, składa się on tylko z 1 protonu i krążącego wokół niego elektronu. W stanie wolnym występuje jako cząsteczka dwuatomowa H2.

2 Własności wodoru Wodór to najlżejszy pierwiastek świata, składa się on tylko z 1 protonu i krążącego wokół niego elektronu. W stanie wolnym występuje jako cząsteczka dwuatomowa H2. Gęstość wodoru: gazowego (273 K, 1013 hpa) wynosi 90 g/m 3, ciekłego 70,8 kg/m 3, krystalicznego 88 kg/m 3. Wizualizacja wodoru Jest on więc najlżejszym pierwiastkiem w każdym stanie skupienia. Z drugiej strony wartość opałowa wodoru jest bardzo wysoka i wynosi 120 MJ/kg (dla przykładu - węgiel 25 MJ/kg, benzyna 47 MJ/kg).

3 Własności wodoru Własności fizyczne wodoru Stan skupienia gazowy Gęstość 0,0899 kg/m3 Barwa bezbarwny Zapach bez zapachu Temperatura topnienia -259,13 st. Celsjusza Temperatura wrzenia -252,88 st. Celsjusza Temperatura krytyczna -239,9 st. Celsjusza Ciśnienie krytyczne 1,3 MPa Ciepło parowania 0,44936 kj/mol Ciepło topnienia 0,05868 kj/mol Ciśnienie pary nasyconej 209 Pa (23 K) Prędkość dźwięku 1270 m/s (298,15 K)

4 Sposoby produkcji wodoru z OZE Główne procesy biorące udział w bezpośredniej produkcji wodoru z odnawialnych źródeł energii

5 Sposoby produkcji wodoru z Innych paliw i OZE Reforming węglowodorów parą wodna Gazyfikacja: - węgla i koksu - biomasy Dysocjacja termiczna Elektroliza Fotoelektroliza Procesy biologiczne - fermentacja mikroorganizmów - fotosynteza glonów algae

6 Reforming węglowodorów parą wodną Metoda ta polega na reakcji węglowodorów w obecności katalizatora z parą wodną w temperaturach C przy ciśnieniach rzędu 3-25 bara. Jako surowce mogą być używane: metan, metanol, propan - butan, lub gaz ziemny. W przypadku metanu, reakcja ma postać: CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 następnie z gazu syntezowego w konwertorze (złożonego z tlenku węgla i wodoru) w wyniku reakcji tlenku węgla z parą wodną uzyskuje się dalszy wzrost H 2 CO + H2 O CO2 + H2

7 Węgla Jest to najstarsza metoda produkcji wodoru. Reakcja ma postać C + H 2 O CO + H 2 Metoda ta polega na podgrzaniu węgla do temp. około C,w której to węgiel zamienia się w gaz i następnie jest mieszany z parą wodną w obecności katalizatora, najczęściej niklu. Biomasy Gazyfikacja Proces jest podobny do reformingu węglowodorów. Pod wpływem wysokiej temperatury z biomasy otrzymuje się gaz który w obecności pary wodnej ulega rozkładowi. Dwutlenek węgla będący produktem ubocznym jest absorbowany przez rośliny z których pochodzi biomasa.

8 Dysocjacja termiczna Metoda ta polega na podgrzewaniu węglowodorów bez dostępu tlenu do wysokiej temperatury co prowadzi do rozpadu ich na atomy węgla i wodoru. Proces ten produkuje wodór bez dwutlenku węgla, który jest szkodliwym gazem cieplarnianym. Rekcja z wykorzystaniem metanu ma postać: CH 4 C + 2H 2

9 Elektroliza Metoda ta pozwala na otrzymanie wodoru najwyższej czystości, przekraczającej 99,9% i polega na rozbiciu cząsteczki wody (H 2 O) na dwa składowe elementy wodór (H 2 ) i tlen (O 2 ) poprzez dostarczenie energii elektrycznej 4OH - O + 2H 2 O + 4e - (anoda) 4H 2 O + 4e - 2H 2 + 4OH - (katoda) 2H 2 O 2H 2 + O 2 (ogólnie)

Fotoelektroliza Proces ten zachodzi w układzie przypominającym ogniwo fotowoltaiczne zanurzone w wodzie, w którym promienie świetlne pobudzają półprzewodnik do rozszczepienia cząsteczek wody.

Zachodzi ona w komórce podczas absorpcji światła przez chlorofil.

10 Fotoelektroliza Proces ten zachodzi w układzie przypominającym ogniwo fotowoltaiczne zanurzone w wodzie, w którym promienie świetlne pobudzają półprzewodnik do rozszczepienia cząsteczek wody. Ogniwo fotoelektryczne w połączeniu z katalizatorem działa jak elektrolizer. Fotosynteza Pierwszym stopniem fotosyntezy jest biologiczna elektroliza. Zachodzi ona w komórce podczas absorpcji światła przez chlorofil. Enzymy używają tej energii do podziału cząsteczki wody na tlen i wodór, by następnie tlen wykorzystać w dalszych procesach biologicznych a wodór połączyć w węglowodór. Niektóre organizmy w procesie fotosyntezy zamiast uwalniać węglowodór uwalniają czysty wodór. W technologii produkcji wodoru wykorzystuje się glony: - niebiesko zielone algi - zielone algi

11 W laboratorium można go otrzymać na kilka sposobów: Elektroliza wodnego roztworu soli lub wodorotlenku metalu alkaicznego bądź wody: 2H2O 2H2 +O2 Reakcja metalu z kwasem, np. Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 Spalanie magnezu w parze wodnej: Mg + H2O MgO + H2 Reakcja metalu amfoterycznego z roztworem zasady, np. 2Al + 2NaOH + 6H2O 2Na[Al(OH)4] + 3H2

Ciepło odebrane z reaktora jest wykorzystywane w procesie reformingu metanu

12 Produkcja wodoru z energii jądrowej reaktor HTTR: HTTR reaktor to chłodzony helem pod wysokim ciśnieniem reaktor, temperatura chłodziwa 950 stopni). Ciepło odebrane z reaktora jest wykorzystywane w procesie reformingu metanu SMR (890 stopni), produktem czego jest mieszanina gazowa z wodoru i tlenku węgla.

13 Reakcja reformingu jest silnie endotermiczna. Parowy reforming gazu ziemnego przebiega zazwyczaj w dwóch etapach. Etap pierwszy nazywa się pierwszym reformingiem (primary reforming) i jest prowadzony w rurach wypełnionych katalizatorem niklowym, osadzonym na nośniku glinowym. Ciepło potrzebne do procesu podawane jest przez ścianki rur ogrzewanych od zewnątrz przez spalanie innej porcji gazu ziemnego CH4 + H2O = CO + 3H2-206 kj/mol

14 Korzyści z HTTR-SMR:

16 + najbardziej znana efektywna metoda produkcji wodoru, + znana technologia, + niskie koszty produkcji, - zależna od paliw kopalnych, - emituje CO2, - instalacja do reformingu musi znajdować się blisko reaktora.

który wykorzystuje paliwo kulkowe, chłodzony solami

17 + przyjazna środowisku - wymaga prądu elektrycznego, - wysokie koszty produkcji Reaktor AHTR -reaktor modułowy, który wykorzystuje paliwo kulkowe, chłodzony solami fluorkowymi. Pracuje przy niższym ciśnieniu i temperaturze niż HTTR.

- wciąż znajduje w początkowej fazie rozwoju -

18 Proces IS + wysoka sprawność + niskie koszty produkcji + przyjazna środowisku + niezależna od paliw kopalnych - wciąż znajduje w początkowej fazie rozwoju - Instalacja produkcji wodoru musi być ulokowana blisko reaktora

19 Pod wpływem wysokiej temperatury ( C) oraz niskiego ciśnienia kwas siarkowy rozpada się na wodę, dwutlenek siarki oraz tlen, reakcja endotermiczna. H 2 SO 4 ==> H 2 O + SO 2 + 1/2O 2 W procesie IS, jod łączy się z SO2 i wodą, produkują jodowodór oraz kwas siarkowy. Reakcja ta zwana reakcją Bunsena jest egzotermiczna, zachodząca w niskiej temperaturze (120 C). I 2 + SO 2 + 2H 2 O ==> 2HI + H 2 SO 4 Jodowodór dysocjuje na wodór i jod w temperaturze ok. 350 C, endotermicznie. Reakcja ta pozwala uzyskać wodór pod wysokim ciśnieniem. 2HI ==> H 2 + I 2 Reakcja cyklu: H 2 O ==> H 2 + 1/2O 2 Wszystkie reagenty, za wyjątkiem wody są utylizowane, brak odpadów

20 Zalety wodoru Wysoka sprawność energetyczna wykorzystania wodoru Zapewnienie stałości ciepła i temperatury spalania Wodór jest doskonałym nośnikiem energii Wodór nigdy się nie skończy Spalanie wodoru nie powoduje emisji szkodliwych substancji Można go produkować w dowolnym miejscu na Ziemi Znane sa właściwości wodoru Technologie wodorowe są już dostępne Produkcja wodoru może odbywać się z pominięciem szkodliwych emisji

21 Dziękuję za uwagę M

Podobne dokumenty

Jacek Jaros Politechnika Częstochowska. Temat: Wodór, współczesny nośnik energii

Jacek Jaros Politechnika Częstochowska Temat: Wodór, współczesny nośnik energii Możliwości wykorzystania wodoru jako nośnika energii w ogniwach paliwowych zaczyna przybierać realnych kształtów. Wodór jest