وكالة فيدراليةمن التعليم
حالة مؤسسة تعليمية
أعلى فائق التعليم المهني
أكاديمية موسكو الحكومية للتكنولوجيا الكيميائية الدقيقة. م. لومونوسوف
قسم التكنولوجيا الكيميائية العامة
شابان ن.
الإنتاج الكيميائي الأساسي.
(لطلاب السنة الخامسة من كلية "الإدارة والبيئة والاقتصاد" في اتجاه رقم 060800 "الاقتصاد وتنظيم الإنتاج")
الدورة التعليمية.
المنتجات الرئيسية.
الدورة التعليمية. شابان ن. -M .: IPTs MITHT لهم. م. لومونوسوف ، 2008. - 25 ص.
الكتاب المدرسي مخصص لطلاب السنة الخامسة من قسم التفرغ بالكلية "الإدارة والبيئة والاقتصاد" في التخصص رقم 060800 "الاقتصاد وتنظيم الإنتاج". يعرض الدليل الإنتاج الكيميائي الرئيسي. كيمياء العمليات ، الشروط المثلى لتنفيذها ، المخططات التكنولوجية ، تصميمات الأجهزة الرئيسية.
إنتاج الهيدروجين.
التطبيقات: في إنتاج الأمونيا ، الميثانول ، حمض الهيدروكلوريك ، في علم المعادن ، المستخدمة في التكسير الهيدروجيني والمعالجة المائية للمنتجات البترولية ، إلخ.
الطرق الصناعية لانتاج الهيدروجين.
واحد). فيزيائي - استخلاص الهيدروجين من غاز فرن الكوك بطريقة التبريد العميق (التكثيف الحراري الجزئي).
2). الطريقة الكهروكيميائية - التحليل الكهربائي للماء. نقاء الهيدروجين المنتج 99.8٪. عيب هذه الطريقة هو ارتفاع استهلاك الطاقة.
3). الطريقة الكيميائية - تحويل الغازات الهيدروكربونية. يتم استخدام المواد التالية كمادة وسيطة: غاز الهيدروكربون - الميثان أو الهيدروكربونات لجزء البنزين من الزيت.
تحويل الميثان هو أكسدة الميثان عند درجة حرارة عالية بالأكسجين أو المركبات المحتوية على الأكسجين: H 2 O أو CO 2.
وفقًا للأكسدة المستخدمة والتصميم التكنولوجي ، يمكن التمييز بين المتغيرات التالية لعملية إنتاج الهيدروجين: إعادة تشكيل البخار والأكسجين التحفيزي ، وإعادة تشكيل الأكسجين عالي الحرارة ، وإصلاح البخار الحفاز وثاني أكسيد الكربون.
تتم عملية أكسدة الميثان أثناء إنتاج الغاز الاصطناعي وفقًا للتفاعلات الكلية الرئيسية التالية:
CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 -Q (1.1.)
CH 4 + 0.5O 2 \ u003d CO + 2H 2 + Q (1.2.)
CH 4 + CO 2 2CO + 2H 2 -Q (1.3.)
في ظل الظروف الحقيقية لعملية التفاعل 1.1. و 1.3. قابلة للعكس وممتصة للحرارة ، تفاعل 1.2. - لا رجعة فيه وطارد للحرارة.
المرحلة الأولى من تحويل الميثان.
CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 - Q (1.1.)
بالإضافة إلى التفاعل الرئيسي ، يمكن حدوث تفاعل جانبي لتحلل الميثان عند درجة حرارة حوالي 950 درجة مئوية:
CH 4 \ u003d C + 2H 2 (1.4.)
يكون التفاعل (1.1.) في الطور الغازي بطيئًا (E = 62.2 كيلو كالوري / مول). لتسريعها ، يتم تنفيذ العملية بشكل غير متجانس على سطح محفز نيكل صلب. يتم رش النيكل على مادة حاملة صلبة Al 2 O 3 أو MgO. يتكون المحفز على شكل حبيبات أو أقراص أو حلقات ويتكون من مادة حاملة مسامية ومكون نشط. إن وجود عامل حفاز لا يجعل من الممكن زيادة معدل التفاعل الرئيسي فحسب ، بل أيضًا ، مع وجود فائض مناظر من العوامل المؤكسدة ، لاستبعاد حدوث تفاعل جانبي.
عمر خدمة محفزات التحويل في العملية الصحيحةتصل إلى ثلاث سنوات أو أكثر. يتم تقليل نشاطهم من خلال عمل السموم التحفيزية المختلفة. تعتبر محفزات النيكل أكثر حساسية لتأثير مركبات الكبريت. يحدث التسمم بسبب تكوين كبريتيدات النيكل على سطح المحفز ، والتي تكون غير نشطة تمامًا فيما يتعلق بتفاعل تحويل الميثان. يمكن تجديد المحفز المسموم بالكبريت بالكامل تقريبًا في ظل ظروف درجة حرارة معينة عند إدخال غاز نقي في المفاعل. يمكن استعادة نشاط المحفز المكربن بمعالجته ببخار الماء. لذلك ، قبل مسخن الميثان ، يخضع الغاز لإزالة الكبريت.
محفز النيكل يعمل في نطاق درجة حرارة واسع من 600-1000 درجة مئوية.
اختيار درجة الحرارة.
مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد الناتج ، ولكن كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت تكلفة الكهرباء ، وزادت متطلبات الاستقرار الحراري للمواد ، وبالتالي زادت تكلفة المعدات.
نظرًا لأنه يتم تحويل جزء من الميثان في المرحلة الثانية عن طريق الهواء ، فلا يلزم إكمال التفاعل (1.1.). لذلك ، لا يتم تحديد درجة الحرارة المثلى للعملية من خلال ظروف التوازن ، ولكن من خلال حركية التفاعل.
بالإضافة إلى ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه عند درجة حرارة 950 درجة مئوية ، يبدأ التفاعل الجانبي لتحلل الميثان مع تكوين السخام في التقدم بشكل مكثف. يتم فقد نشاط المحفز.
لذلك ، فإن أفضل درجة حرارة للمرحلة الأولى من تحويل الميثان هي 800 درجة مئوية. يتم تحويل حوالي 90٪ من الميثان في المرحلة الأولى.
اختيار الضغط.
لتحويل التوازن نحو تكوين المنتجات ، من الضروري تقليل الضغط ، حيث تستمر العملية مع زيادة عدد الشامات. ومع ذلك ، في الممارسة العملية ، يتم تنفيذ عملية تحويل الميثان عند ضغط 4 ميجا باسكال. يتم تعويض التأثير السلبي للضغط على المخرج عن طريق زيادة درجة الحرارة وبخار الماء الزائد.
فوائد ارتفاع ضغط الدم:
واحد). نظرًا لأن العمليات اللاحقة التي تستخدم الهيدروجين (إنتاج الأمونيا والميثانول) تعمل بضغط عالٍ (30 ميجا باسكال) ، فإن زيادة الضغط أثناء تحويل الميثان تقلل عمومًا من تكلفة الضغط.
2). مع زيادة الضغط ، يزداد معدل التفاعل ، وتزداد الإنتاجية.
3). يتم تقليل التكاليف الرأسمالية لبناء مصنع الهيدروجين (يتم تقليل حجم مصنع الهيدروجين وحجم خطوط الأنابيب وعدد الضواغط). يتم استخدام ضغط خط الأنابيب الرئيسي.
4). مع زيادة الضغط ، تتحسن إمكانية استخدام الحرارة الكامنة لبخار الماء.
خمسة). يحسن التنظيف من ثاني أكسيد الكربون.
اختيار نسبة المكونات الأولية.
تتم عملية تحويل الميثان مع وجود فائض من بخار الماء. يتم اختيار فائض بخار الماء بطريقة تعوض عن الضغط المرتفع ، فضلاً عن الحاجة إليه لعملية تحويل ثاني أكسيد الكربون اللاحقة.
الحصول على الهيدروجين
على نطاق محدود ، يتم استخدام طريقة تفاعل بخار الماء مع الفوسفور والتحلل الحراري للهيدروكربونات:
CH4 (1000 درجة مئوية) \ u003d C + 2 H2 (يتم إطلاقه كغاز).
في بعض الحالات ، ينتج الهيدروجين عن طريق الانقسام التحفيزي للميثانول بالبخار.
CH3OH + H2O (250 درجة مئوية) \ u003d CO2 + 3 H2 ،
أو نتيجة التحلل الحراري التحفيزي للأمونيا
2 NH3 (950 درجة مئوية) -> N2 + 3 H2.
ومع ذلك ، يتم إنتاج هذه المركبات الأم على نطاق واسع من الهيدروجين ؛ وفي الوقت نفسه ، فإن إنتاج الهيدروجين منها بسيط بشكل خاص ويمكن استخدامه في الصناعات التي تستهلكه بكميات صغيرة نسبيًا (أقل من 500 م 3 / يوم).
أهم طرق الحصول على الهيدروجين.
1. إذابة الزنك في حمض الهيدروكلوريك المخفف
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
غالبًا ما تستخدم هذه الطريقة في المختبرات.
بدلاً من حمض الهيدروكلوريك ، يمكن أيضًا استخدام حمض الكبريتيك المخفف ؛ ومع ذلك ، إذا كان تركيز الأخير مرتفعًا جدًا ، فإن الغاز المتسرب يتلوث بسهولة بثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكبريت. عندما لا يتم استخدام الزنك النقي تمامًا ، تتشكل أيضًا مركبات أخرى ملوثة للهيدروجين ، مثل AsH3 و PH3. يحدد وجودهم الرائحة الكريهة للهيدروجين الناتج عن هذه الطريقة.
للتنقية ، يتم تمرير الهيدروجين من خلال محلول محمض من برمنجنات البوتاسيوم أو ثنائي كرومات ، ثم من خلال محلول البوتاس الكاوي ، وكذلك من خلال حمض الكبريتيك المركز أو من خلال طبقة من هلام السيليكا لإزالة الرطوبة. من الأفضل إزالة أصغر قطرات السائل ، التي يلتقطها الهيدروجين أثناء إنتاجه ويتم وضعها في فقاعات غاز ، باستخدام مرشح مصنوع من الصوف العادي أو الزجاج المضغوط بإحكام.
إذا كان عليك استخدام الزنك النقي ، فيجب إضافة قطرتين من حمض الكلوروبلاتينيك أو كبريتات النحاس إلى الحمض ، وإلا فلن يتفاعل الزنك.
2. إذابة الألومنيوم أو السيليكون في القلويات الكاوية
2 Al + 2 NaOH + 6 H2O = 2 Na + 3 H2
Si + 2 KOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2
تم استخدام هذه التفاعلات سابقًا لإنتاج الهيدروجين في الحقل (لملء البالونات). لإنتاج 1 م 3 من الهيدروجين (عند 0 درجة مئوية و 760 مم زئبق) ، يلزم فقط 0.81 كجم من الألومنيوم أو 0.63 كجم من السيليكون ، مقارنة بـ 2.9 كجم من الزنك أو 2.5 كجم من الحديد.
بدلاً من السيليكون ، يتم استخدام الفيروسيليكون أيضًا (طريقة السيليكون). خليط من الفيروسيليكون ومحلول الصودا الكاوية ، الذي تم تقديمه قبل الحرب العالمية الأولى بفترة وجيزة في الجيش الفرنسي تحت اسم الهيدروجينيت ، له خاصية الاحتراق بعد الاشتعال مع تطور قوي للهيدروجين وفقًا للتفاعل التالي:
Si + Ca (OH) 2 + 2 NaOH = Na2SiO3 + CaO + 2 H2.
3. تأثير الصوديوم على الماء
2 Na + 2 H2O = 2 NaOH + H2
نظرًا لحقيقة أن الصوديوم النقي يتفاعل بقوة مفرطة في هذه الحالة ، فإنه غالبًا ما يتم إدخاله في التفاعل على شكل ملغم الصوديوم ؛ تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لإنتاج الهيدروجين عندما يتم استخدامه من أجل الاختزال "in statu nascendi". تتفاعل معادن الأرض القلوية والقلوية الأخرى بشكل مشابه للصوديوم مع الماء.
4. تأثير هيدريد الكالسيوم على الماء
CaH2 + 2 H2O = Ca (OH) 2 + 2 H2
هذه الطريقة طريقة مناسبة لإنتاج الهيدروجين في الحقل. للحصول على 1 م 3 من الهيدروجين ، نظريًا ، هناك حاجة إلى 0.94 كجم من CaH2 وبصرف النظر عن الماء ، لا يلزم وجود كواشف أخرى. 5. تمرير بخار الماء فوق الحديد الساخن
4 H2O + 3 Fe = Fe3O4 + 4 H2
بمساعدة هذا التفاعل في عام 1783 ، كان لافوازييه أول من أثبت تحليليًا تكوين الماء. يمكن اختزال أكسيد الحديد المتكون أثناء هذا التفاعل بسهولة إلى حديد معدني عن طريق تمرير غاز المولد فوقه بطريقة تسمح بمرور بخار الماء فوق نفس الحديد عددًا عشوائيًا من المرات. لطالما كانت هذه الطريقة ذات أهمية صناعية كبيرة. لا يزال يستخدم على نطاق صغير اليوم.
6. مرور بخار الماء فوق فحم الكوك.
عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية ، يستمر التفاعل بشكل أساسي وفقًا للمعادلة
H2O + C = CO + H2.
أولاً ، يتم الحصول على غاز الماء ، أي خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون ممزوج بكميات صغيرة من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين. يتم تحرير ثاني أكسيد الكربون بسهولة عن طريق الغسيل بالماء تحت الضغط. تتم إزالة أول أكسيد الكربون والنيتروجين باستخدام عملية Frank-Caro-Linde ، أي عن طريق تسييل هذه الشوائب ، والتي يتم تحقيقها عن طريق التبريد بالهواء السائل إلى -200 درجة مئوية. تتم إزالة آثار ثاني أكسيد الكربون عن طريق تمرير الغاز فوق جير الصودا الساخن
CO + NaOH = HCOONa - فورمات الصوديوم.
تنتج هذه الطريقة هيدروجينًا نقيًا جدًا ، والذي يستخدم ، على سبيل المثال ، في هدرجة الدهون.
ومع ذلك ، في كثير من الأحيان ، يتم تمرير غاز الماء الممزوج ببخار الماء عند درجة حرارة 400 درجة مئوية فوق المحفزات المناسبة ، على سبيل المثال ، فوق أكسيد الحديد أو أكسيد الكوبالت (طريقة التلامس لإنتاج غاز الماء). في هذه الحالة ، يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الماء وفقًا للمعادلة
CO + H2Opar = CO2 + H2 ("تحويل CO").
يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون الناتج عن طريق الماء (تحت الضغط). يتم غسل باقي أول أكسيد الكربون (حوالي 1٪ بالحجم) بمحلول أمونيا من أحادي كلوريد النحاس. يتم الحصول على غاز الماء المستخدم في هذه الطريقة عن طريق تمرير بخار الماء فوق فحم الكوك الساخن. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام تفاعل بخار الماء مع الفحم المسحوق (تحويل غبار الفحم إلى غازات) بشكل متزايد. عادةً ما يحتوي غاز الماء الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة على كمية كبيرة من الهيدروجين. يستخدم الهيدروجين (المحتوي على النيتروجين) المنطلق من غاز الماء بشكل أساسي لتخليق الأمونيا وهدرجة الفحم.
7. غاز فرن الكوك المسال الجزئي.
على غرار الإنتاج من غاز الماء ، يمكن إنتاج الهيدروجين عن طريق التميع الجزئي لغاز فرن الكوك ، والمكون الرئيسي له هو الهيدروجين.
أولاً ، يتم تنقية غاز فرن الكوك ، الذي تمت إزالة الكبريت منه سابقًا ، من ثاني أكسيد الكربون عن طريق الغسل بالماء تحت ضغط ، متبوعًا بمعالجة بمحلول هيدروكسيد الصوديوم. ثم يتم تحريرها تدريجياً من الشوائب المتبقية عن طريق التكثيف التدريجي ، حتى يتبقى الهيدروجين فقط ؛ يتم تنقيته من الشوائب الأخرى عن طريق الغسيل بالنيتروجين السائل المبرد بقوة. تستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي للحصول على الهيدروجين لتخليق الأمونيا.
8. تفاعل الميثان مع بخار الماء (تحلل الميثان).
يتفاعل الميثان مع بخار الماء في وجود محفزات مناسبة عند تسخينه (1100 درجة مئوية) حسب المعادلة
CH4 + H2Opar + 204 kJ (عند ضغط ثابت).
يجب توفير الحرارة اللازمة للتفاعل إما من الخارج ، أو باستخدام "الاحتراق الداخلي" ، أي بخلط الهواء أو الأكسجين بطريقة يحرق جزء من الميثان إلى ثاني أكسيد الكربون
CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2Opar + 802 kJ (عند ضغط ثابت).
في هذه الحالة ، يتم اختيار نسبة المكونات بطريقة يكون التفاعل ككل طاردًا للحرارة
12 CH4 + 5 H2Opar + 5 O2 = 29 H2 + 9 CO + 3 CO2 + 85.3 كيلوجول.
ينتج الهيدروجين أيضًا من أول أكسيد الكربون عن طريق "تحويل ثاني أكسيد الكربون". تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون عن طريق الغسيل بالماء تحت الضغط. يستخدم الهيدروجين الناتج عن تحلل الميثان بشكل أساسي في تخليق الأمونيا وهدرجة الفحم.
9. تفاعل بخار الماء مع الفوسفور (البنفسجي).
2 P + 8 H2O \ u003d 2 H3RO4 + 5 H2
عادة ، يتم تنفيذ العملية بهذه الطريقة: يتم تمرير بخار الفوسفور ، الذي يتم الحصول عليه أثناء اختزال فوسفات الكالسيوم في فرن كهربائي ، مع بخار الماء فوق محفز عند درجة حرارة 400-600 درجة مئوية (مع زيادة درجة الحرارة ، يتم تمرير توازن هذا يتحول رد الفعل إلى اليسار). يتم منع تفاعل H3PO4 المتشكل مبدئيًا مع الفوسفور لتكوين H3PO3 و PH3 عن طريق التبريد السريع لمنتجات التفاعل (التبريد). تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي إذا تم استخدام الهيدروجين لتخليق الأمونيا ، والتي تتم معالجتها بعد ذلك في سماد مهم خالٍ من الشوائب - الأموفوس (خليط من هيدروجين الأمونيوم وفوسفات ثنائي الهيدروجين).
10. التحلل الالكتروليتي للماء.
2 H2O = 2 H2 + O2
لا تقوم المياه النقية عمليًا بإجراء تيار ، لذلك تضاف إليها المنحلات بالكهرباء (عادةً KOH). أثناء التحليل الكهربائي ، يتم إطلاق الهيدروجين عند الكاثود. يتم إطلاق كمية معادلة من الأكسجين عند الأنود ، وهو بالتالي منتج ثانوي في هذه الطريقة.
يكون الهيدروجين الناتج عن التحليل الكهربائي نقيًا جدًا ، باستثناء خليط كميات صغيرة من الأكسجين ، والذي يمكن إزالته بسهولة عن طريق تمرير الغاز فوق محفزات مناسبة ، على سبيل المثال فوق أسبستوس البلاديوم المسخن قليلاً. لذلك ، يتم استخدامه لكل من هدرجة الدهون وعمليات الهدرجة التحفيزية الأخرى. الهيدروجين الناتج عن هذه الطريقة مكلف للغاية.
ملخصات مماثلة:
مشاكل تطوير أنظمة تخزين الهيدروجين الفعالة والآمنة هي تلك التي تعيق التطوير طاقة الهيدروجينوالتكنولوجيا في الوقت الحاضر.
أسئلة الامتحان في الكيمياء.
المتطلبات الأساسية لمحفز تخليق الميثانول. إنتاج المحفز. تحضير كتلة المحفز. تأثير العوامل المختلفة على عملية تخليق الميثانول.
تاريخ اكتشاف ووصف الخصائص.
الخصائص الفيزيائية. الخواص الكيميائية. ذرة ، جزيء. م
توازن تفاعل تكوين الميثانول. حركية تصنيع الميثانول.
حرارة تكوين بيروكسيد الهيدروجين. إيصال. الخصائص الفيزيائية. الصيغة الهيكلية.
في 19 سبتمبر 1783 ، بحضور الملك لويس ملك فرنسا ، نهض منطاد الهواء الساخن الذي بناه الأخوان مونتغول حاملاً بطة وديك وخروفًا على متنه. في الوقت نفسه ، تم تسجيل أول حادث في تاريخ الطيران: شاة ركلت هكتارًا وكسرت جناحه. ومع ذلك ، فقد اعتُبرت التجربة ناجحة ، حيث أقنعت الناس بنجاح السفر الجوي في المستقبل. في 21 نوفمبر من نفس العام ، انطلق كل من De Rosieres و Marquis d'Arlandes في الهواء لمسافة 150 مترًا في
استغرقت رحلتهم 25 دقيقة. ومن الجدير بالذكر أنهم هذه المرة لم يأخذوا الخراف معهم ، وبقي الأخوان موتغولفييه بحكمة على الأرض.
ظهرت بالونات الهيدروجين بسرعة مفاجئة - في الأول من كانون الأول (ديسمبر) 83 ، بعد 10 أيام فقط من الرحلة الأولى لمنطاد على متنه شخص ، قام جاك تشارلز وأحد الإخوة روبرت 1> بالصعود على منطاد مليء بالهيدروجين. تحولت التجربة بعد رحلة قصيرة ، نزل روبرت على الأرض لتحية المتفرجين الذين كانوا يستمتعون بالرحلة ، وفي نفس الوقت بدأ المنطاد الخفيف في الارتفاع بسرعة وارتفع إلى 2700 متر ، آخذاً معه سفينة Larle المثيرة ، الذي خمّن أخيرًا فتح الصمام ، وإطلاق كمية معينة من الهيدروجين ، وبالتالي نزل بأمان إلى الأرض. تشارلز - الفيزيائي الأول الذي اكتشف القانون ، المعروف لنا باسم "قانون تشارلز" ، والذي وفقًا لحجم الكتلة الثابتة للغاز المثالي عند ضغط ثابت يتناسب طرديًا مع درجة حرارته ، وهذا القانون بالطبع نتيجة لمعادلة حالة الغاز المثالي.
من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن أبسط تقنية لاستخدام الهواء الساخن - V: لرفع البالونات - أثبتت أنها أكثر قابلية للتطبيق واكتسبت شعبية كبيرة ، في حين أن الهيدروجين لا يستخدم لهذه الأغراض الآن. في البداية ، تم الحصول على الهيدروجين عن طريق تمرير بخار الماء فوق برادة حديد ساخنة حمراء. يتفاعل الحديد مع الأكسجين وينتج الهيدروجين 2 *:
3Fe + 4H20 ^ Fe304 + 4H2. (واحد)
ثم تمت تنقية الغاز بالفقاعات في الماء.
عندما يتفاعل الحديد مع الأكسجين ، يتم تكوين نوعين من الأكاسيد - he-ethite (Fe II) على شكل أملاح خضراء شاحبة والمغنتيت (Fe III) في شكل co-jr - ظلال صفراء وبرتقالية وبنية. Magnetite Fe304 هو معدن طبيعي ، وهو جزء من الفريت المستخدم في بعض أجهزة الأفران.
بعد عام 1850 ، غالبًا ما كان تفاعل الحديد مع الحمض يستخدم لإنتاج الهيدروجين ، مما أدى إلى زيادة تكلفة الهيدروجين بسبب التكلفة العالية لسلسلة الحمض.
في الوقت الحاضر ، يتم الحصول على كميات صغيرة من الهيدروجين عن طريق إجراء علاقة بين الألومنيوم والصودا الكاوية NaOH. في بعض الأحيان الهيدروجين شبه
1ari نويل روبرت. ومن الغريب أنه هو وشقيقه آنا جان روبرت أطلق عليهما أسماء من قبل والديهما للكذب.
د يعتبر استخدام تفاعل الحديد مع الماء حاليًا إحدى الطرق التي يتم بها تشعيع الهيدروجين (انظر الفصل 9).
تستخدم هذه الطريقة لملء محطات الأرصاد الجوية ، إلا أن الجزء الأكبر من الهيدروجين المنتج في العالم يتم الحصول عليه من الوقود المستخدم. لا يزال النفط والنفتا والغاز الطبيعي المصادر الرئيسية لإنتاج الهيدروجين. بسبب استنفاد هذه الموارد الطبيعية ، يتم تطوير طرق لإنتاج الهيدروجين باستخدام الفحم ؛ لا تزال في وفرة.
يمكن تقسيم طرق إنتاج الهيدروجين إلى عدة فئات نلاحظ ما يلي:
1. إنتاج الهيدروجين بكميات صغيرة لاستهلاك الغذاء وصغار المستهلكين. في أغلب الأحيان ، يتم استخدام طرق التحليل الكهربائي الموضحة أدناه لهذا الغرض ، نظرًا لأن الهيدروجين المنتج بمساعدتهم يتمتع بدرجة عالية من النقاء.
2. إنتاج الهيدروجين في النطاق الصناعيفي التطبيقات الثابتة ، مثل مصانع الأمونيا.
3. إنتاج الهيدروجين بكميات صغيرة في وحدات مدمجة مستقلة لاستخدامه في المركبات في خلايا الوقود. لم يظهر مجال تطبيق الهيدروجين على الإطلاق ، وربما سيكون ذا أهمية اقتصادية كبيرة في المستقبل.
4. إنتاج الهيدروجين في منشآت قائمة بذاتها لاستخدامه في المباني السكنية أو للإنتاج المحلي للحرارة والكهرباء.
يمكن أيضًا إنتاج الهيدروجين من الهيدروكربونات والكحولات عن طريق الأكسدة الكيميائية أو إعادة التشكيل بالبخار أو التحلل الحراري. Prol من هذه الطرق هو ما يسمى بالغاز التخليقي - خليط من أول أكسيد الكربون والهيدروجين H2.
عند استخدام أي من التفاعلات المذكورة أعلاه في نظام تحضير الوقود لتزويد خلية الوقود بالهيدروجين النقي ، يمكن تعريف النظام الفعال D) على أنه نسبة حرارة الاحتراق المنخفضة: يدخل الهيدروجين إلى خلية الوقود إلى مجموع الأعلى حرارة C! من الوقود الأولي والحرارة القصوى المصروفة على تسخين النظام.
يمكن إجراء تفاعل الأكسدة الجزئي باستخدام المحفزات (تفاعل حراري ذاتي) وبدون استخدامها.
يُفضل الأكسدة الجزئية عندما تكون المادة الأولية للهيدروجين جزءًا من الزيت الثقيل ، ويكون إعادة التشكيل بالبخار أكثر ملاءمة للكسور الخفيفة. ومع ذلك ، فإن أنظمة معالجة الوقود الصغيرة للاستخدام في السيارات
النقل ، الذي يعتمد عمله على تفاعل الأكسدة الجزئية ، يتم دراسته بجدية.
في تفاعل الأكسدة الجزئي ، يعمل الهواء كعامل مؤكسد ، وبالتالي فإن منتج التفاعل هو خليط من الهيدروجين والنيتروجين. يؤدي وجود شوائب النيتروجين إلى انخفاض الضغط الجزئي للهيدروجين ، ونتيجة لذلك ، إلى انخفاض الطاقة الحديدية لخلية الوقود.
يحدث تفاعل الأكسدة الجزئي عندما يتفاعل الوقود مع كمية محدودة من الأكسجين:
C "Ht + ^ 02 -" و CO + y H2. (2)
إذا تم استخدام الميثان كوقود ، فإن معادلة التفاعل تكون
CH4 + | o2 ^ CO + 2H2. (3)
يرجع المسار السائد لهذه التفاعلات إلى حقيقة أن ألفة الأكسجين للكربون أكبر بكثير من تقارب الهيدروجين.
في عملية الإصلاح بالبخار ، يحدث تفاعل الوقود مع بخار الماء ، "" ونتيجة لذلك يتحد الهيدروجين ، وهو جزء من الماء ، مع الهيدروجين
I. المدرجة في تكوين الهيدروكربون ، بينما النيتروجين في منتجات التفاعل من-
موجود. هذا هو الفرق الرئيسي بين هذه العملية ورد الفعل
أكسدة الجيروسكوب. تتم عملية إعادة التكوين البخاري للهيدروكربون المعمم وفقًا للمعادلة
С „т + «Н20 ->« СО + Н2. (4)
يُعرف هذا التفاعل أيضًا باسم تفاعل بخار الكربون.
كمثال ، ضع في اعتبارك الكربون النقي (دع m = 0 لاستبعاد جنس □ من تكوين الهيدروكربون). لاحظ أنه في هذه الحالة ، سيأتي كل الهيدروجين من الماء فقط ، والوقود (الكربون) يوفر الطاقة للتفاعل:
C + H ، 0 - »CO + H2. (خمسة)
نعطي أيضًا معادلة الإصلاح البخاري للميثان:
يمكن قياس التحلل الحراري للكحول من خلال التفاعلات التالية للميثانول والإيثانول ، والمعادلات الخاصة بها هي:
CH30H - »CO + 2H2 (7)
C2H5OH -> CO + H2 + CH4.
من الواضح أن كل الهيدروجين الناتج يتم استخراجه من العيش المستخدم.
الغاز التخليقي هو خليط من أول أكسيد الكربون وهيدروجين H2 ، وهو نتاج جميع التفاعلات المذكورة أعلاه. يستخدم Syngas مباشرة كوقود. يمكن أن يكون أيضًا بدون معالجة إضافية بتنسيق خلايا الوقودمع منصهر ك.ناتني أو إلكتروليت السيراميك. ومع ذلك ، فإن استخدام مصدر طاقة تخليق الغاز - j لخلايا الوقود مع إلكتروليت بوليمر صلب غير مقبول ، نظرًا لأن غاز التوليف يحتوي على أول أكسيد الكربون CO
يستخدم الغاز التخليقي كوقود لكل من الاحتياجات المنزلية والصناعية ، ومع ذلك ، فإن كثافة الطاقة الحجمية المنخفضة لهذا الحيوان تجعل نقله لمسافات طويلة من موقع الإنتاج إلى المستهلكين غير مربح. بالنسبة لهذه المهمة ، يمكن أن يكون كل من الغاز عن طريق التحويل إلى الميثان (انظر المعادلة (14)). هذا التفاعل هو أساس معظم عمليات تغويز الفحم. وتجدر الإشارة إلى أن التخليق مادة سامة لاحتوائه على أول أكسيد الكربون.
يُعد Syngas مادة أولية مهمة في إنتاج عدد كبير بشكل مدهش من المواد الكيميائية ، يحتوي العديد منها على عدد أكبر بكثير من ذرات الهيدروجين لكل ذرة كربون مقارنة بالغاز التخليقي الأصلي. لهذا السبب ، وكذلك من أجل استخدام غاز التخليق في وقود منخفض الحرارة الخلايا ، فمن الضروري إجراء تخصيبها بالجنس. تسمى هذه العملية تفاعل التحول.
يسمى التفاعل الكيميائي لأول أكسيد الكربون مع الماء بالحمل الحراري لأول أكسيد الكربون (تفاعل التحول). نواتج التفاعل ؛ الغاز الحمضي والهيدروجين:
ثاني أكسيد الكربون + H20 -> C02 + H2.
يتيح استخدام التحويل إمكانية تغيير زوج H / C (عدد ذرات الهيدروجين لكل ذرة كربون) لتوليف الغاز في نطاق واسع. بالنسبة لخلايا الوقود ، يتم استخدام تحول ثاني أكسيد الكربون لإزالة كل (أو كل) أول أكسيد الكربون من الغاز التخليقي.
كمثال ، ضع في اعتبارك إنتاج الهيدروجين من غاز طبيعي(تانا):
CH4 + H20 CO + ZH2 ،
CO + H20 - »CO2 + H2
لاحظ أن حرارة احتراق الميثان تبلغ 890 ميجا جول / كمول ، بينما يؤدي احتراق 4 كيلومتر مول من الهيدروجين إلى إطلاق 4286 = 1144 ميجا جول من الحرارة. بهذه الطريقة. يتجاوز محتوى الطاقة لنواتج التفاعل أعلاه محتوى الطاقة للمواد الأولية ، وبالتالي ، يكون التفاعل ماصًا للحرارة ، ويتم توفير الطاقة الإضافية في شكل حرارة ضرورية لمواصلة التفاعل. في منشآت ثابتةعادة ما يتم الحصول على هذه الحرارة عن طريق حرق الهيدروكربونات:
في وسائل النقل والتركيبات السكنية الأكثر إحكاما ، فإن الطريقة الملائمة لمعرفة الحرارة المطلوبة هي حرق بعض الماء في إعادة التكوين (انظر الأمثلة أدناه).
8.2.2.6. إنتاج الميثان من الغاز التخليقي
يتم تحويل الغاز التخليقي إلى غاز الميثان ، وهو جزء من عملية تحويل أي نوع من أنواع الوقود الأحفوري إلى "الغاز الطبيعي" الأكثر قيمة عادةً ، عن طريق الميثان. بالإضافة إلى كونها مهمة في الصناعة ، فإن الميثان مهم أيضًا في نطاق الفصل 3 من الكتاب ، لأنه بناءً على هذا التفاعل يمكن تطوير طريقة لتحويل معظم أول أكسيد الكربون من الهيدروجين الذي تم الحصول عليه من الوقود الأحفوري. معادلة التفاعل هي:
ثاني أكسيد الكربون + 4H2 - »CH4 + 2H2O.
8.2.2.7. الميثانول
الميثانول ليس فقط وقودًا كاملاً وكاشفًا كيميائيًا مفيدًا ، ولكنه أيضًا وسيط مهم في عملية الحصول على العديد من المواد الكيميائية الأخرى. إلى حد كبير ، ترجع قيمة الميثانول إلى حقيقة أنه المادة الوحيدة التي يمكن الحصول عليها بشكل مستقل وبكفاءة عالية من الغاز المركب. يرتبط الإنتاج الفعال للمواد الكيميائية بمشكلة فصل منتجات التفاعل.
قد يصبح الميثانول نوعًا ذا أولوية من الوقود للمركبات ذات الخلايا السائلة. يمكنك الحصول عليه من غاز التوليف:
ثاني أكسيد الكربون + 2H2- »CH3OH.
تم اكتشاف هذا التفاعل عام 1902 من قبل الكيميائيين ساباتير وسانديرينش ، وهو في قلب عملية تصنيع فيشر-تروبش ، التي اشتهرت في ألمانيا خلال الحرب العالمية الثانية. تُستخدم تكنو ، فيشر تروبش لإنتاج سائل صناعي من الفحم.
هياكل الشركات لإنتاج الميثانول والأمونيا متشابهة. الاختلافات بينهما فقط في نوع الغاز التخليقي والهريس المستخدم في المفاعلات.
وتجدر الإشارة إلى أن تكوين المنتج النهائي الذي يتم الحصول عليه من الغاز يتم تحديده من خلال درجة الحرارة والضغط اللذين يتم عندهما تنفيذ u واختيار العامل الحفاز.
يمكن أيضًا الحصول على الميثانول مباشرةً من الكتلة الحيوية ، مثل الخشب.
النفط الخام الصناعي هو منتج سائل يتم الحصول عليه عن طريق تسييل الفحم. التسييل عملية أكثر كفاءة لتحويل الفحم من التغويز. لا تتطلب التسييل كمية كبيرة من الماء ، ويمكن استخدام أي فحم كمادة خام ، بما في ذلك الفحم الحجري الذي لا يتلبد أثناء التغويز.
يتم إنتاج الزيت الخام الاصطناعي بشكل أساسي بإحدى الطرق التالية:
1. تخليق فيشر-تروبش ، مشابه لعملية الحصول على ميتاتفل. يكمن الاختلاف في حقيقة أنه لا توجد حاجة لفصل نواتج التفاعل في علبة g. بدلاً من الميثانول النقي ، يتم الحصول على ارتجاع الهيدروجين من التركيبة المعقدة.
2. الانحلال الحراري ، أو التقطير الجاف للفحم ، ومنتجاته عبارة عن مواد في الحالة الغازية والسائلة والصلبة (الفحم)> يخضع الفحم للتدفئة النبضية دون الوصول إلى الهواء. يرجع تنفيذ التسخين النبضي إلى حقيقة أنه أثناء التسخين المطول ، تتحلل الكسور السائلة وتتحول إلى غازات.
3. الهدرجة المباشرة للفحم.
4. استخلاص الطور السائل بمذيب. يتم الحصول على المذيبات المستخدمة في العملية في خطوة أولية من التلوين المباشر.
الهيدروجين الذي تم الحصول عليه عن طريق التحليل الكهربائي (سيتم مناقشة هذه الطريقة أدناه) لديه درجة نقاء مقبولة عمليًا. من ناحية أخرى ، يحتوي الهيدروجين المنتج باستخدام الوقود الأحفوري على كمية كبيرة من الشوائب ، بما في ذلك تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون CO2 ، والمخلفات غير المرغوب فيها من أول أكسيد الكربون CO ، وفي بعض العمليات كمية كبيرة من النيتروجين. بالإضافة إلى ذلك ، قد تحتوي المادة الأولية نفسها على مكونات غير مرغوب فيها مثل الكبريت ومركباته. يجب إزالتها قبل معالجة المواد الخام.
8.2.3.1. تنقية مركبات الكبريت
إذا كانت مواد البداية في حالة غازية ، فيمكن إزالة مركبات الجيرا منها عن طريق رش هذه المواد في معلق على - V nova Calcium (مثل الحجر الجيري). يتفاعل أكسيد الكبريت الموجود في الغاز لتكوين كبريتات أو كبريتات ، والتي يتم إزالتها بعد ذلك.
لتحويل الجزيئات المحتوية على الكبريت الموجودة في الزيت الثقيل إلى كبريتيد الهيدروجين H2S ، يمكن استخدام المحفزات القائمة على ثاني كبريتيد الموودنين مع إضافات صغيرة من الكوبالت أو النيكل.
هناك عدد من الطرق الأخرى لتنظيف الزيت.
8.2.3.2. التنظيف من ثاني أكسيد الكربون
يحتوي الغاز التخليقي ، مثل الغاز الحيوي (الذي سيتم مناقشته في الفصل 11) ، على كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون ، والذي يعمل في أفضل الأحوال كمذيب. عندما يتم خلط ثاني أكسيد الكربون بالماء ، فإنه ينتج حمض التبريد الذي يمكن أن يتلف المعدات وخطوط الأنابيب. تنقية ثاني أكسيد الكربون هي الطريقة الرئيسية لتقليل انبعاث هذا j في الغلاف الجوي.
يمكن إزالة ثاني أكسيد الكربون بإحدى الطرق المتعددة ، بما في ذلك ما يلي:
1. الطرق الكيميائيةالتي تستخدم هيدروكسيد الكالسيوم لامتصاص ثاني أكسيد الكربون لتكوين كربونات الكالسيوم. ثم ، في الخطوة التالية ، يتم إعادة توليد الكربونات لإعطاء هيدروكسيد الكالسيوم.
2 الطرق الفيزيائية القائمة على اعتماد قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون على درجة الحرارة ، والتي تسمى امتزاز التدوير الحراري (TSA). كمذيبات ، يمكن استخدام الماء أو الميثانول أو أحد الإيثانول أمين (أحادي أو MEA ، ثنائي أو DEA ، وثلاثي إيثانول أمين أو TEA).
3. حاليًا ، الطريقة الأكثر شيوعًا لإزالة ثاني أكسيد الكربون هي الامتصاص بدورة الضغط (PSA) - امتصاص الضغط المتأرجح. تعتمد هذه العملية على قدرة بعض المواد ، مثل بعض الزيوليت ، على امتصاص ثاني أكسيد الكربون بشكل انتقائي عند ضغط مرتفع ، ثم عند انخفاض الضغط
تمتصها. لزيادة كفاءة الممتزات ، يُقترح استخدام بعض المواد العضوية. الآن ابحث في هذا المجال.
يمكن إجراء التنقية الجزئية من ثاني أكسيد الكربون بمساعدة الأغشية المصنوعة ، على سبيل المثال ، من أسيتات السليلوز. تتمتع هذه الميمات بنفاذية عالية لجزيئات ثاني أكسيد الكربون ونفاذية منخفضة لجزيئات المواد الأخرى. يُرضي جزيء ثاني أكسيد الكربون بـ cr> لذا لا يمكن أن يعتمد الترشيح على حجم المسام. بمعنى آخر ، لا يعمل الغشاء كمرشح. هي ليست مسامية. يوم يذوب الكربون في مادة الغشاء ، ينتشر سكوو ؛؛ ثم أطلق سراحه من الجانب الآخر. في هذه العملية ، يتم استهلاك جزء من الغاز المفيد ، إذا كان التركيز المسموح به لثاني أكسيد الكربون هو 3٪ ، فسيتم استرداد 85٪ من الغاز المفيد: إذا كانت القيمة المقبولة لتركيز ثاني أكسيد الكربون 8٪ ، فإن الحصة المفيدة سأكون 90-92٪.
لإطلاق الهيدروجين من خليط الغاز (مع إزالة معظمه ، يمكن استخدام الأغشية المعدنية التي تمر عبر جزيء * من الهيدروجين H2 ، ولكنها غير منفذة للغازات الأخرى. على الرغم من أنها تسمى أغشية الشعيرات ، فهي غير مسامية ، ويستند عملها على تفكك جزيء من الجنس إلى ذرات على سطح الغشاء مع تكوين لاحق لـ نعم ، وانتشاره السريع عبر مادة الغشاء وإعادة اتحاد الهيدروجين إلى جزيئات على الجانب الآخر من الغشاء. وهكذا ، فإن آلية "ترشيح" الهيدروجين تتكون من مرحلتين: تفكك المو. تتقدم الفجوة بسرعة كبيرة ، ومع ذلك ، يعتبر التنتالوم حافزًا ضعيفًا لعملية التفكك ، ويتميز البلاديوم بمعدل عالٍ من العمليات ، لكن هذا المعدن مكلف للغاية. بالمناسبة ، يصبح البلاديوم هشًا ، لذلك يتم استخدام سبائك البلاديوم مع الذهب والفضة أو (عادةً 60٪ باسكال و 40٪ نحاس).
من أجل ضمان معدل مرتفع بما فيه الكفاية لـ "ترشيح" الهيدروجين عبر الغشاء دون زيادة كبيرة في فرق الضغط ، من الضروري أن يكون سمك الغشاء صغيرًا. من ناحية ، فإنه يوفر البلاديوم باهظ الثمن ، ولكن من ناحية أخرى ، فإن المربعات هشة للغاية ، ونتيجة لذلك يمكن أن تظهر في شكل ثقوب صغيرة فيها. تسرب الغازات الزائدة من خلال هذه الثقوب ينتهك انتقائية "المرشح". التطبيق رقيق جدا ، لكن القول المأثور ؛
سوف تحل هذه المشكلة طبقات منتظمة من البلاديوم على سطح الركيزة ذات المسامية العالية. يمكن تقييم مستوى مسامية الغشاء غير المرغوب فيه عن طريق قياس تدفق الهيليوم الذي يتخللها. الهيليوم ، على عكس الهيدروجين ، لا يمكنه اختراق الغشاء إلا بالمرور عبر ثقوب صغيرة فيه.
توضح البيانات التي حصل عليها باحثو Idatech (الشكل 8.1) العلاقة بين سمك الغشاء وكثافة تدفق الطاقة ، أي كمية الطاقة (بالجول) المنقولة لكل وحدة زمنية لكل 1 متر مربع من مساحة سطح الغشاء (طاقة الهيدروجين ال يحسب انخفاض الحرارةالإحتراق). تم الحصول على البيانات عند درجة حرارة 400 درجة مئوية وفرق ضغط عبر الغشاء يبلغ 6.6 ضغط جوي. الفرق بين نفاذية الأغشية ذات السطح الأملس والمحفور واضح. يكون سطح الغشاء المحفور أكثر خشونة وبالتالي فهو يحتوي على مساحة أكبر من السطح المكشوف. وبالتالي ، من الممكن تكثيف التفاعل السطحي لمادة الغشاء مع الهيدروجين. يكون تأثير التكثيف على الأغشية الرقيقة أكثر وضوحًا. مقارنة بالأغشية السميكة ، حيث إن معدل "ترشيح" الهيدروجين في الأغشية السميكة يتحدد أساسًا عن طريق انتشار الغاز عبر المادة.
البلاديوم معدن باهظ الثمن. خلية وقود بقدرة 1 كيلو وات تعمل بكفاءة 60٪ تستهلك حوالي 1.7 كيلو وات من الهيدروجين لكل وحدة زمنية. غشاء بسمك 17 ميكرون عند. يبلغ انخفاض الضغط عليها 6.7 ضغطًا جويًا ولها قدرة مكافئة لقوة محددة تبلغ 170 كيلو واط / م 2. وبالتالي فإن إجمالي المساحة الفعالة
|
يجب أن يكون الغشاء حوالي 0.01 م 2 أو 100 سم 2. إذا كانت المساحة الإجمالية لغشاء البلاديوم أكبر بـ 1.5 مرة من الغشاء المحسوب ، وكان متوسط السماكة 20 ميكرومتر ، فسيكون حجم المعدن 0.3 سم 3. حصة البلاديوم في CN المستخدمة في صناعة الغشاء 60٪ أي ما يعادل حجم 0.18 سم 3 كتلة هذه الكمية من البلاديوم 2.2 غرام. في العقد الماضي ، ارتفعت تكلفة البلاديوم بشكل كبير بسبب استخدامه في المحولات الحفازة لغاز عادم السيارات - بالسعر الحالي البالغ 25 دولارًا للجرام ، ستكون تكلفة البلاديوم المطلوبة للوقود لخلية 1 كيلو وات 55 دولارًا ، وهي ليست صغيرة جدًا. إذا اتضح أنه يمكن تقليل سماكة الغشاء ، على سبيل المثال ، إلى 2 ميكرومتر ، فإن تكلفة المواد في تصنيع خلايا الوقود ستنخفض بشكل كبير.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمصمم تصميم غشاء به انخفاض ضغط منخفض عبره . 8.2.4. مصانع إنتاج الهيدروجين يعد إنتاج الهيدروجين من الهيدروكربونات الأحفورية على نطاق صناعي (غالبًا لإنتاج الأمونيا) تقنية راسخة. يظهر المخطط المعتاد لعملية إنتاج الهيدروجين في الشكل. بادئ ذي بدء ، كقاعدة عامة ، يتم تنقية المواد الخام من الكبريت ، لأنها تسمم المحفزات المستخدمة في المراحل اللاحقة من الدخن. ثم ، بمساعدة إعادة التشكيل بالبخار ، أحصل على غاز تخليقي. كما هو مذكور أعلاه ، يكون تفاعل الميثان مع الماء ماصًا للحرارة ؛ لذلك ، الحرارة مطلوبة في هذه المرحلة. |
|
الازدهار ■ |
أجريت في درجات حرارة منخفضة للاقتراب من ظروف التوازن. من ناحية أخرى ، في حالة شبه التوازن ، ينخفض معدل التفاعل بشكل كبير ، لذلك تم بذل بعض الجهد لتطوير محفزات جيدة. في البداية ، تم استخدام محفزات تعتمد على النيكل أو الأوبالت أو أكسيد الحديد ، بينما تجاوز مستوى درجة حرارة التشغيل -00 كلفن ، وقد أتاح استخدام المحفزات النحاسية الحديثة تقليل درجة حرارة التشغيل إلى 520 ك. تحتوي عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون على كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون الممزوج بالهيدروجين ، لذا فإن الخطوة التالية هي إزالة ثاني أكسيد الكربون ، والخطوة الأخيرة في عملية إنتاج الهيدروجين هي إزالة ثاني أكسيد الكربون المتبقي ، وإلا فإن أول أكسيد الكربون سوف يسمم المحفزات المستخدمة في عملية إنتاج الأمونيا.
تم تطوير أنظمة تكييف الوقود المدمجة للاستخدام في المركبات ذات المحركات والمباني السكنية بسرعة كبيرة. قبل -. قبل أن نناقش إحدى هذه التركيبات المصغرة ، دعنا نفكر في مثال لحساب خصائص مثل هذا الجهاز. يتم تلخيص البيانات الديناميكية الحرارية المطلوبة للحساب في الجدول 1. 8.1
دعونا نفكر في مخطط تشغيل جهاز لإنتاج الهيدروجين من الميثانول ، والذي يمكن استخدامه في النقل أو في المنشآت الثابتة. يمكن لمثل هذا الجهاز ، الذي يسمى نظام تحضير الوقود ، أن يستخدم تفاعل التحلل المباشر للميثانول
CH3OH -> CO + 2H2.
إذا تم تبخير الميثانول أولاً ثم حرقه ، فسيتم إطلاق 676.34 ميجا جول من الطاقة الحرارية أثناء الاحتراق لكل 1 كمول من بخار الماء ، وهو نتاج تفاعل الاحتراق. إذا تحلل الميثانول أولاً ، ثم من 2 كمول من الهيدروجين تكون نتيجة تفاعل التحلل ، يمكن الحصول على 2 ■ 241.82 \ u003d 483.64 MJ و 282.99 MJ إضافية من 1 كمول من أول أكسيد الكربون ، أي إجمالي كمية الطاقة سوف يكون 766.63 ميجا جول. بعبارة أخرى ، عند احتراق الاحتجاجات الناتجة عن تحلل الميثانول ، يمكن الحصول على طاقة أكثر مما عند حرق الوقود الأصلي ، نظرًا لأن تفاعل التحلل ماص للحرارة ومن الضروري لتنفيذه توفير 766.63 - 676.34 = 90.29 ميغا جول من الحرارة لكل 1 كيلو مول من الميثانول.
من المهم إزالة معظم أول أكسيد الكربون من خليط الغاز ، والذي يميل إلى تسميم المحفز في خلايا الوقود ذات درجة الحرارة المنخفضة ، والحصول على بعض الهيدروجين الإضافي. للقيام بذلك ، يمكنك استخدام تفاعل أول أكسيد الكربون مع بخار الماء
|
واصلت حاول في عندما يتم حرق أول أكسيد الكربون ، يتم إطلاق 282.99 ميجا جول / كمول من الطاقة الحرارية ، بينما أثناء أكسدة الهيدروجين المتحصل عليه في تفاعل التحول - 241.8 ميجا جول / ك.وبالتالي ، يكون تفاعل التحول طاردًا للحرارة مع تأثير حراري يساوي 282.99-241.8 = 41 .19 ميجا جول / كمول كو. معادلة التفاعل العامة
|