Svavel-jod cykel
Svavel-jod-cykeln (S-I-cykeln) är en trestegs termokemisk cykel som används för att producera väte .
S-I-cykeln består av tre kemiska reaktioner , vars rena reaktant är vatten, och de rena produkterna är väte och syre . Alla andra kemikalier kan återvinnas. S–I-processen kräver en effektiv värmekälla.
Beskrivning av processen
|
|
|
H2O _ _
|
|
|
|
½O2 _
|
|
|
|
↓
|
|
|
|
↑
|
| jag 2
|
→
|
Reaktion 1
|
←
|
SO2 + H2O _ _
|
←
|
Gren
|
| ↑
|
|
↓
|
|
|
|
↑
|
| 2HI
|
←
|
Gren
|
→
|
H2SO4 _ _ _
|
→
|
Reaktion 2
|
| ↓
|
|
| H2 _
|
|
De tre reaktionerna som producerar väte är följande:
- I 2 + SO 2 + 2H 2 O + upphettning till 120 ° C → 2 HI + H 2 SO 4 - Bunsen reaktion .
- HI separeras sedan genom destillation eller gravitationsvätske/vätskeseparation.
- 2 H 2 SO 4 + uppvärmning till 830 ° C → 2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 .
- Vatten, SO 2 och kvarvarande H 2 SO 4 måste separeras från syre genom kondensation.
- 2 HI + uppvärmning till 450 ° C → I 2 + H 2 .
- Joden och eventuellt associerat vatten eller SO 2 separeras genom kondensation , vilket lämnar vätet som en gas.
Ren reaktion: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
Svavel- och jodföreningarna återvinns och återanvänds, så processen ses som ett kretslopp. Denna S–I-process är en kemisk värmemotor . Värme kommer in i kretsloppet i högtemperatur- endotermiska kemiska reaktioner 2 och 3, och lämnar kretsloppet i lågtemperatur- exoterm reaktion 1. Skillnaden mellan värmen som kommer in i och lämnar kretsloppet lämnar cykeln som förbränningsvärmet av väte som produceras.
Egenskaper
Fördelar:
- Alla ämnen (vätskor, gaser) återanvänds, så de är väl lämpade för kontinuerlig drift;
- Hög värmeutnyttjandegrad (ca 50 %)
- Helt slutet system utan biprodukter (förutom väte och syre);
- Lämplig för användning med sol-, kärn- och hybridvärmekällor;
- En tekniskt mer mogen process än konkurrerande termokemiska processer.
Brister:
- Mycket höga temperaturer krävs (minst 850°C);
- Frätande medel som används som mellanhänder (jod, svaveldioxid, jodvätesyra, svavelsyra); därför behövs korrosionsbeständiga material för tillverkning av processutrustning.
- Det krävs betydande förädling för att etablera produktion i stor skala.
Forskning
S–I-cykeln uppfanns vid General Atomics på 1970 -talet [1] . Japan Atomic Energy Agency (JAEA) har genomfört framgångsrika experiment med S–I-cykeln i en högtemperaturtestreaktor [2] [3] [4] [5] som lanserades 1998, JAEA avser att använda den nya generationens IV kärnkraftsreaktorer -temperaturreaktorer för väteproduktion i industriell skala. Det är planerat att testa större automatiserade väteproduktionssystem. Enligt ett avtal om International Nuclear Energy Research Initiative (INERI) utvecklar franska CEA , General Atomics och Sandia National Laboratories tillsammans en svavel-jodprocess. Ytterligare forskning bedrivs vid Idaho National Laboratory i Kanada, Korea och Italien.
Krav på material
S-I-cykeln inkluderar operationer med aggressiva kemikalier vid temperaturer upp till 1000 °C. Valet av material med tillräcklig korrosionsbeständighet är nyckeln till den ekonomiska livskraften för denna process. Föreslagna material inkluderar följande klasser: eldfasta metaller, reaktiva metaller, superlegeringar , keramik, polymerer och beläggningar [6] [7] . Några föreslagna material inkluderar tantal- och nioblegeringar, ädelmetaller, högkiselstål, flera nickelbaserade superlegeringar , mullit , kiselkarbid (SiC), glas, kiselnitrid (Si 3 N 4 ) och andra. Nyligen genomförda studier om storskalig prototypframställning indikerar att ny tantalytteknologi kan vara ett tekniskt och ekonomiskt gångbart sätt att skapa storskaliga installationer [8] .
Vätgasekonomi
Svavel-jod-cykeln har föreslagits som ett sätt att tillföra väte för väteekonomin . Det kräver inte kolväten som nuvarande ångreformeringsmetoder , men kräver värme från bränsleförbränning, kärnreaktioner eller solenergi.
Se även
Anteckningar
- ↑ Besenbruch, G. 1982. Allmänt Atomisk svaveljod termokemisk vattenuppdelningsprocess. Proceedings of the American Chemical Society, Div. Sällskapsdjur. Chem., 27(1):48-53.
- ↑ HTTR högtemperaturteknisk testreaktor . Httr.jaea.go.jp. Hämtad: 23 januari 2014. (obestämd)
- ↑ https://smr.inl.gov/Document.ashx?path=DOCS%2FGCR-Int%2FNHDDELDER.pdf (länk ej tillgänglig) . Framsteg inom kärnenergi
Kärnvärme för väteproduktion: Koppling av en reaktor med mycket hög/hög temperatur till en anläggning för väteproduktion. 2009
- ↑ Statusrapport 101 - Gasturbin högtemperaturreaktor (GTHTR300C)
- ↑ JAEA:S VHTR FÖR VÄTE- OCH ELKOGENERATION: GTHTR300C (länk ej tillgänglig) . Hämtad 10 juni 2021. Arkiverad från originalet 10 augusti 2017. (obestämd)
- ↑ Paul Pickard, Sulfur-Jod Thermochemical Cycle 2005 DOE Hydrogen Program Review
- ↑ Wonga, B. (2007). "Utveckling av konstruktionsmaterial i termokemisk vattenklyvningsprocess för svavel-jod för väteproduktion". 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, "Tantalumapplikationer för användning i skala Sulphur-Iodine Experiments", AIChE 2007 Fall Annual Meeting, 566a. (inte tillgänglig länk) . Hämtad 10 juni 2021. Arkiverad från originalet 24 juli 2011. (obestämd)
Källor
- Paul M. Mathias och Lloyd C. Brown "Thermodynamics of the Sulphur-Iodine Cycle for Thermochemical Hydrogen Production", presenterad vid det 68:e årsmötet för Society of Chemical Engineers, Japan 23 mars 2003. (PDF) .
- Atsuhiko TERADA; Jin IWATSUKI, Shuichi ISHIKURA, Hiroki NOGUCHI, Shinji KUBO, Hiroyuki OKUDA, Seiji KASAHARA, Nobuyuki TANAKA, Hiroyuki OTA, Kaoru ONUKI och Ryutaro HINO, "Development of Hydrogen Production Technology by Thermochemical Water Splitting Process of Nucle Water Splitting" Science and Technology, Vol.44, No.3, sid. 477–482 (2007). (PDF) .
Externa länkar