Rikki-jodi kierto
Rikki-jodisykli (S–I-sykli) on kolmivaiheinen termokemiallinen kierto , jota käytetään vedyn tuottamiseen .
S-I-sykli koostuu kolmesta kemiallisesta reaktiosta , joiden puhdas lähtöaine on vesi ja puhtaat tuotteet ovat vety ja happi . Kaikki muut kemikaalit voidaan kierrättää. S-I-prosessi vaatii tehokkaan lämmönlähteen.
Prosessin kuvaus
|
|
H2O _ _
|
|
|
|
½O2_ _
|
|
|
↓
|
|
|
|
↑
|
minä 2
|
→
|
Reaktio 1
|
←
|
SO 2 +
H 2O |
←
|
haara
|
↑
|
|
↓
|
|
|
|
↑
|
2HI
|
←
|
haara
|
→
|
H2SO4 _ _ _
|
→
|
Reaktio 2
|
↓
|
|
H2_ _
|
|
Kolme vetyä tuottavaa reaktiota ovat seuraavat:
- I 2 + SO 2 + 2H 2 O + kuumennus 120 ° C : een → 2 HI + H 2 SO 4 - Bunsen - reaktio .
- Sitten HI erotetaan tislaamalla tai painovoimaisella neste/neste-erottelulla.
- 2 H 2 SO 4 + lämmitys 830 ° C:seen → 2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 .
- Vesi, SO 2 ja jäännös H 2 SO 4 on erotettava hapesta kondensoimalla.
- 2 HI + kuumennus 450 °C:seen → I 2 + H 2 .
- Jodi ja siihen liittyvä vesi tai SO 2 erotetaan kondensaatiolla , jolloin vety jää kaasuksi.
Puhdas reaktio: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
Rikki- ja jodiyhdisteet otetaan talteen ja käytetään uudelleen, joten prosessi nähdään syklinä. Tämä S-I-prosessi on kemiallinen lämpökone . Lämpö siirtyy kiertoon korkean lämpötilan endotermisissä kemiallisissa reaktioissa 2 ja 3 ja poistuu kierrosta matalan lämpötilan eksotermisessä reaktiossa 1. Kiertoon tulevan ja sieltä poistuvan lämmön välinen ero poistuu kierrosta tuotetun vedyn
palamislämmönä .
Ominaisuudet
Edut:
- Kaikki aineet (nesteet, kaasut) käytetään uudelleen, joten ne sopivat hyvin jatkuvaan käyttöön;
- Korkea lämmön käyttöaste (noin 50 %)
- Täysin suljettu järjestelmä ilman sivutuotteita (paitsi vetyä ja happea);
- Soveltuu käytettäväksi aurinko-, ydin- ja hybridilämmönlähteiden kanssa;
- Teknisesti kypsempi prosessi kuin kilpailevat termokemialliset prosessit.
Virheet:
- Vaaditaan erittäin korkeita lämpötiloja (vähintään 850 °C);
- Väliaineina käytettävät syövyttävät aineet (jodi, rikkidioksidi, jodivetyhappo, rikkihappo); siksi prosessilaitteiden valmistukseen tarvitaan korroosionkestäviä materiaaleja.
- Suuren mittakaavan tuotannon aloittaminen edellyttää merkittävää hienosäätöä.
Tutkimus
S-I-sykli keksittiin General Atomicsissa 1970-luvulla [1] . Japan Atomic Energy Agency (JAEA) on tehnyt onnistuneita kokeita S-I-syklillä korkean lämpötilan testireaktorissa [2] [3] [4] [5] , joka käynnistettiin vuonna 1998, JAEA aikoo käyttää uuden sukupolven IV ydinvoimaa . -lämpötilareaktorit vedyn tuotantoon teollisessa mittakaavassa. Suunnitelmissa on testata suuremman mittakaavan automatisoituja vedyn tuotantojärjestelmiä. International Nuclear Energy Research Initiative (INERI) -sopimuksen mukaisesti ranskalainen CEA , General Atomics ja Sandia National Laboratories kehittävät yhdessä rikki-jodiprosessia. Lisätutkimuksia tehdään Idahon kansallisessa laboratoriossa Kanadassa, Koreassa ja Italiassa.
Materiaalivaatimukset
S-I-sykli sisältää toiminnot aggressiivisilla kemikaaleilla jopa 1000 °C:n lämpötiloissa. Riittävän korroosionkestävyyden omaavien materiaalien valinta on avain tämän prosessin taloudellisen kannattavuuden kannalta. Suositeltuja materiaaleja ovat seuraavat luokat: tulenkestävät metallit, reaktiiviset metallit, superseokset , keramiikka, polymeerit ja pinnoitteet [6] [7] . Joitakin ehdotettuja materiaaleja ovat tantaali- ja niobiumseokset, jalometallit, korkeapiipitoiset teräkset, useat nikkelipohjaiset superseokset , mulliitti , piikarbidi (SiC), lasi, piinitridi (Si 3 N 4 ) ja muut. Viimeaikaiset tutkimukset laajamittaisesta prototyyppien valmistuksesta osoittavat, että uudet tantaalipintatekniikat voivat olla teknisesti ja taloudellisesti kannattava tapa luoda laajamittaisia laitteistoja [8] .
Vetytalous
Rikki-jodi-kiertoa on ehdotettu keinoksi toimittaa vetyä vetytaloudelle . Se ei vaadi hiilivetyjä , kuten nykyiset höyryreformointimenetelmät , mutta vaatii lämpöä polttoaineen palamisesta, ydinreaktioista tai aurinkoenergiasta.
Katso myös
Muistiinpanot
- ↑ Besenbruch, G. 1982. Yleistä Atomic rikkijodin termokemiallinen vedenjakoprosessi. Proceedings of the American Chemical Society, Div. Lemmikki. Chem., 27(1):48-53.
- ↑ HTTR High Temperature Engineering Test Reactor . Httr.jaea.go.jp. Haettu: 23.1.2014. (määrätön)
- ↑ https://smr.inl.gov/Document.ashx?path=DOCS%2FGCR-Int%2FNHDDELDER.pdf (linkki ei saatavilla) . Ydinenergian edistyminen Ydinlämpö
vedyn tuotantoon: Erittäin korkean/korkean lämpötilan reaktorin kytkeminen vedyn tuotantolaitokseen. 2009
- ↑ Tilaraportti 101 - Kaasuturbiinin korkean lämpötilan reaktori (GTHTR300C)
- ↑ JAEA:N VHTR VETY- JA SÄHKÖTUOTTOON : GTHTR300C (linkki ei ole käytettävissä) . Haettu 10. kesäkuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 10. elokuuta 2017. (määrätön)
- ↑ Paul Pickard, rikki-jodin lämpökemiallinen sykli 2005 DOE:n vetyohjelman tarkistus
- ↑ Wonga, B. (2007). "Rakennusmateriaalien kehittäminen rikki-jodi-termokemiallisessa vedenjakoprosessissa vedyn tuotantoon". International Journal of Hydrogen Energy . 32 (4): 497-504. DOI : 10.1016/j.ijhydene.2006.06.058 .
- ↑ T. Drake, B.E. Russ, L. Brown, G. Besenbruch, "Tantalum Applications For Use In Scale Sulphur-Iodine Experiments", AIChE 2007 syksyn vuosikokous, 566a. (linkki ei saatavilla) . Haettu 10. kesäkuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 24. heinäkuuta 2011. (määrätön)
Lähteet
- Paul M. Mathias ja Lloyd C. Brown "Thermodynamics of the Sulphur-Jodine Cycle for Thermochemical Hydrogen Production", esitelty Chemical Engineers -yhdistyksen 68. vuosikokouksessa Japanissa 23. maaliskuuta 2003. (PDF) .
- Atsuhiko TERADA; Jin IWATSUKI, Shuichi ISHIKURA, Hiroki NOGUCHI, Shinji KUBO, Hiroyuki OKUDA, Seiji KASAHARA, Nobuyuki TANAKA, Hiroyuki OTA, Kaoru ONUKI ja Ryutaro HINO, "Development of Hydrogen Production Journal", Sp Thercle Chemical Water Technology, Nulittingar kemiallinen vesitesti Science and Technology, Vol.44, No.3, s. 477–482 (2007). (PDF) .
Ulkoiset linkit