Серно-йодный цикл

редактировать

Упрощенная диаграмма серо-йодного цикла.

Серу йода цикла (S-I цикл) представляет собой трехступенчатый термохимический цикл используется для получения водорода.

Цикл S – I состоит из трех химических реакций, чистым реагентом которых является вода, а чистыми продуктами - водород и кислород. Все остальные химические вещества перерабатываются. Процесс S – I требует эффективного источника тепла.

Содержание

1 Описание процесса
2 Характеристики
3 Исследования
- 3.1 Материальная проблема
4 Водородная экономика
5 См. Также
6 Сноски
7 ссылки
8 Внешние ссылки

Описание процесса

		H 2 O				½O 2
		↓				↑
Я 2	→	Реакция 1	←	SO 2 + H 2 O	←	Отдельный
↑		↓				↑
2HI	←	Отдельный	→	H 2 SO 4	→	Реакция 2
↓
H 2

Три реакции, которые производят водород, следующие:

I 2 + SO 2 + 2 H 2 Oвысокая температура→2 HI + H 2 SO 4 (120 ° С); Реакция Бунзена
- Затем HI отделяют дистилляцией или гравитационным разделением жидкость / жидкость.
2 Н 2 SO 4 высокая температура→2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 (830 ° C (1530 ° F))
- Воду, SO 2 и остаточную H 2 SO 4 необходимо отделить от кислородного побочного продукта путем конденсации.
2 HI → I 2 + H 2 (450 ° С)
- Йод и любая сопутствующая вода или SO 2 отделяются конденсацией, а водородный продукт остается в виде газа.

Чистая реакция: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2

Соединения серы и йода рекуперируются и повторно используются, поэтому процесс рассматривается как цикл. Этот процесс S – I представляет собой химический тепловой двигатель. Тепло входит в цикл в высокотемпературных эндотермических химических реакциях 2 и 3, а тепло выходит из цикла в низкотемпературной экзотермической реакции 1. Разница между теплотой, входящей в цикл и выходящей из цикла, выходит из цикла в виде теплоты сгорания. произведенного водорода.

Характеристики

Преимущества:

Все жидкости (жидкости, газы) обрабатываются, поэтому хорошо подходят для непрерывной работы
Прогнозируется высокая степень использования тепла (около 50%)
Полностью закрытая система без побочных продуктов или стоков (кроме водорода и кислорода)
Подходит для использования с солнечными, ядерными и гибридными (например, солнечно-ископаемыми) источниками тепла
Более развитые, чем конкурирующие термохимические процессы

Недостатки:

Требуются очень высокие температуры (минимум 850 ° C)
Коррозионные реагенты, используемые в качестве посредников (йод, диоксид серы, йодоводородная кислота, серная кислота); поэтому необходимы современные материалы для изготовления технологического оборудования.
Требуется значительная доработка, чтобы стать возможной в больших масштабах

Исследовательская работа

Цикл S – I был изобретен в General Atomics в 1970-х годах. Японское агентство по атомной энергии (JAEA) провело успешные эксперименты с циклом S – I в высокотемпературном испытательном реакторе с гелиевым охлаждением, реакторе, который достиг первой критичности в 1998 году. JAEA стремится использовать новые ядерные высокотемпературные реакторы IV поколения. для производства водорода в промышленных масштабах. (Японцы называют цикл IS-циклом.) Были составлены планы по тестированию крупномасштабных автоматизированных систем для производства водорода. В соответствии с соглашением Международной инициативы по исследованиям в области ядерной энергии (INERI), французская CEA, General Atomics и Sandia National Laboratories совместно разрабатывают серо-йодный процесс. Дополнительные исследования проводятся в Национальной лаборатории Айдахо в Канаде, Корее и Италии.

Материальный вызов

Цикл S – I включает операции с агрессивными химикатами при температурах примерно до 1000 ° C (1830 ° F). Выбор материалов с достаточной коррозионной стойкостью в условиях процесса имеет ключевое значение для экономической жизнеспособности этого процесса. Предлагаемые материалы включают следующие классы: тугоплавкие металлы, химически активные металлы, суперсплавы, керамика, полимеры и покрытия. Некоторые предлагаемые материалы включают сплавы тантала, сплавы ниобия, благородные металлы, высококремнистые стали, несколько суперсплавов на основе никеля, муллит, карбид кремния (SiC), стекло, нитрид кремния (Si 3 N 4) и другие. Недавние исследования масштабного прототипирования показывают, что новые технологии обработки поверхности тантала могут быть технически и экономически целесообразным способом создания крупномасштабных установок.

Водородная экономика

Серно-йодный цикл был предложен как способ поставки водорода для водородной экономики. Он не требует углеводородов, как современные методы парового риформинга, но требует тепла от сгорания, ядерных реакций или концентраторов солнечного тепла.

Смотрите также

Сноски

Ссылки

Пол М. Матиас и Ллойд С. Браун «Термодинамика серо-йодного цикла для термохимического производства водорода», представленный на 68-м ежегодном собрании Общества инженеров-химиков, Япония, 23 марта 2003 г. (PDF).
Ацухико ТЕРАДА; Джин ИВАЦУКИ, Шуичи ИСИКУРА, Хироки НОГУЧИ, Синдзи КУБО, Хироюки ОКУДА, Сэйдзи КАСАХАРА, Нобуюки ТАНАКА, Хироюки ОТА, Каору ОНУКИ и Рютаро ХИНО, «Разработка технологии производства водорода с помощью технологии термохимического разделения воды». Наука и технологии, Том 44, № 3, стр. 477–482 (2007). (PDF).

внешние ссылки

Водород: наше будущее, созданное с помощью ядерной энергии (в выпуске 9 профиля MPR)
Использование модульного гелиевого реактора для производства водорода ( симпозиум Всемирной ядерной ассоциации 2003 г.)