Svovl-jod cyklus
Svovl-jod-cyklussen (S-I-cyklus) er en tre-trins termokemisk cyklus, der bruges til at producere brint .
S-I-cyklussen består af tre kemiske reaktioner , hvor den rene reaktant er vand, og de rene produkter er brint og oxygen . Alle andre kemikalier kan genbruges. S–I processen kræver en effektiv varmekilde.
Beskrivelse af processen
|
|
|
H2O _ _
|
|
|
|
½O2 _
|
|
|
|
↓
|
|
|
|
↑
|
| jeg 2
|
→
|
Reaktion 1
|
←
|
S02 + H2O _ _
|
←
|
Afdeling
|
| ↑
|
|
↓
|
|
|
|
↑
|
| 2HI
|
←
|
Afdeling
|
→
|
H2SO4 _ _ _
|
→
|
Reaktion 2
|
| ↓
|
|
| H2 _
|
|
De tre reaktioner, der producerer brint, er som følger:
- I 2 + SO 2 + 2H 2 O + opvarmning til 120 ° C → 2 HI + H 2 SO 4 - Bunsen reaktion .
- HI separeres derefter ved destillation eller gravitationsvæske/væskeseparation.
- 2 H 2 SO 4 + opvarmning til 830 ° C → 2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 .
- Vand, SO 2 og resterende H 2 SO 4 skal adskilles fra ilt ved kondensation.
- 2 HI + opvarmning til 450 ° C → I 2 + H 2 .
- Jodet og eventuelt tilhørende vand eller SO 2 adskilles ved kondensation , hvilket efterlader brinten som en gas.
Ren reaktion: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
Svovl- og jodforbindelserne genvindes og genbruges, så processen ses som et kredsløb. Denne S-I-proces er en kemisk varmemotor . Varme kommer ind i kredsløbet i højtemperatur- endotermiske kemiske reaktioner 2 og 3 og forlader kredsløbet i lavtemperatur- eksoterm reaktion 1. Forskellen mellem varmen, der kommer ind i og forlader kredsløbet, forlader kredsløbet som forbrændingsvarmen af produceret brint.
Karakteristika
Fordele:
- Alle stoffer (væsker, gasser) genbruges, så de er velegnede til kontinuerlig drift;
- Høj varmeudnyttelsesgrad (ca. 50 %)
- Fuldstændig lukket system uden biprodukter (undtagen brint og ilt);
- Velegnet til brug med solvarme, nukleare og hybride varmekilder;
- En teknisk mere moden proces end konkurrerende termokemiske processer.
Fejl:
- Meget høje temperaturer påkrævet (minimum 850°C);
- Ætsende midler, der anvendes som mellemled (jod, svovldioxid, jodbrinte, svovlsyre); derfor er der behov for korrosionsbestandige materialer til fremstilling af procesudstyr.
- Der kræves en betydelig forfining for at etablere produktion i stor skala.
Forskning
S-I-cyklussen blev opfundet ved General Atomics i 1970'erne [1] . Japan Atomic Energy Agency (JAEA) har udført vellykkede eksperimenter med S-I-cyklussen i en højtemperatur-testreaktor [2] [3] [4] [5] lanceret i 1998, JAEA har til hensigt at bruge den nye generation IV nuklear høj -temperaturreaktorer til brintproduktion i industriel skala. Det er planlagt at teste automatiserede brintproduktionssystemer i større skala. I henhold til en aftale om International Nuclear Energy Research Initiative (INERI) udvikler det franske CEA , General Atomics og Sandia National Laboratories i fællesskab en svovl-jod-proces. Yderligere forskning udføres på Idaho National Laboratory i Canada, Korea og Italien.
Krav til materialer
S-I-cyklussen omfatter operationer med aggressive kemikalier ved temperaturer op til 1000 °C. Valget af materialer med tilstrækkelig korrosionsbestandighed er nøglen til den økonomiske levedygtighed af denne proces. Foreslåede materialer omfatter følgende klasser: ildfaste metaller, reaktive metaller, superlegeringer , keramik, polymerer og belægninger [6] [7] . Nogle foreslåede materialer omfatter tantal- og niobiumlegeringer , ædelmetaller, højsiliciumstål, adskillige nikkelbaserede superlegeringer , mullit , siliciumcarbid (SiC), glas, siliciumnitrid (Si3N4 ) og andre. Nylige undersøgelser af prototyper i stor skala indikerer, at nye tantaloverfladeteknologier kan være en teknisk og økonomisk levedygtig måde at skabe store installationer på [8] .
Brintøkonomi
Svovl-jod-cyklussen er blevet foreslået som en måde at levere brint til brintøkonomien . Det kræver ikke kulbrinter som nuværende dampreformeringsmetoder , men kræver varme fra brændstofforbrænding, nukleare reaktioner eller solenergi.
Se også
Noter
- ↑ Besenbruch, G. 1982. Generel Atomisk svovljod termokemisk vandspaltningsproces. Proceedings of the American Chemical Society, Div. Kæledyr. Chem., 27(1):48-53.
- ↑ HTTR High Temperature Engineering Test Reactor . Httr.jaea.go.jp. Hentet: 23. januar 2014. (ubestemt)
- ↑ https://smr.inl.gov/Document.ashx?path=DOCS%2FGCR-Int%2FNHDDELDER.pdf (link ikke tilgængeligt) . Fremskridt i kerneenergi
Kernevarme til brintproduktion: Kobling af en meget høj/høj temperaturreaktor til et brintproduktionsanlæg. 2009
- ↑ Statusrapport 101 - Gasturbine højtemperaturreaktor (GTHTR300C)
- ↑ JAEA'S VHTR FOR BRINT- OG ELEKTRICITETSKOGENERATION: GTHTR300C (link utilgængeligt) . Hentet 10. juni 2021. Arkiveret fra originalen 10. august 2017. (ubestemt)
- ↑ Paul Pickard, Sulphur-Iodine Thermochemical Cycle 2005 DOE Hydrogen Program Review
- ↑ Wonga, B. (2007). "Udvikling af byggematerialer i svovl-jod termokemisk vandspaltningsproces til brintproduktion". 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 Fall Annual Meeting, 566a. (utilgængeligt link) . Hentet 10. juni 2021. Arkiveret fra originalen 24. juli 2011. (ubestemt)
Kilder
- Paul M. Mathias og Lloyd C. Brown "Thermodynamics of the Sulphur-Iodine Cycle for Thermochemical Hydrogen Production", præsenteret på det 68. årlige møde i Society of Chemical Engineers, Japan den 23. marts 2003. (PDF) .
- Atsuhiko TERADA; Jin IWATSUKI, Shuichi ISHIKURA, Hiroki NOGUCHI, Shinji KUBO, Hiroyuki OKUDA, Seiji KASAHARA, Nobuyuki TANAKA, Hiroyuki OTA, Kaoru ONUKI og Ryutaro HINO, "Development of Hydrogen Production Technology by Thermochemical Water Splitting" Journal Process of Nucle Water Splitting IS Science and Technology, bind 44, nr. 3, s. 477-482 (2007). (PDF) .
Eksterne links