stringtranslate.com

Цикл серы и йода

Схематическая диаграмма цикла серы и йода

Цикл серы и йода (цикл S–I) — это трехстадийный термохимический цикл, используемый для получения водорода .

Цикл S–I состоит из трех химических реакций , чистый реагент которых — вода, а чистые продукты — водород и кислород . Все остальные химикаты перерабатываются. Процесс S–I требует эффективного источника тепла.

Описание процесса

Для получения водорода объединяются три реакции:

Я2 + SO2 + 2Н2О​​- нагревать→2 HI + H 2 SO 4 (120 °C (250 °F)) ( реакция Бунзена )
Затем HI разделяется путем дистилляции или гравитационного разделения жидкость/жидкость.
2H2SO4​​​​ + тепло→2 SO2 + 2 H2O + O2 (830 °C (1530 ° F ) )
Вода, SO2 и остаточная H2SO4 должны быть отделены от побочного продукта кислорода путем конденсации.
2 Привет+ тепло→ I2 + H2 (450 ° C (840 °F))
Йод и сопутствующая вода или SO2 разделяются путем конденсации , а водородный продукт остается в виде газа.
Суммарная реакция: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2

Соединения серы и йода восстанавливаются и используются повторно, поэтому процесс рассматривается как цикл. Этот процесс S–I является химической тепловой машиной . Тепло поступает в цикл в высокотемпературных эндотермических химических реакциях 2 и 3, а тепло выходит из цикла в низкотемпературной экзотермической реакции 1. Разница между теплом, поступающим в цикл и выходящим из него, выходит из цикла в виде теплоты сгорания полученного водорода.

Характеристики

Преимущества

Недостатки

Исследовать

Цикл S–I был изобретен в General Atomics в 1970-х годах. [1] Японское агентство по атомной энергии (JAEA) провело успешные эксперименты с циклом S–I в охлаждаемом гелием высокотемпературном испытательном реакторе , [2] [3] [4] [5] реакторе, который достиг первой критичности в 1998 году, JAEA стремится использовать дальнейшие ядерные реакторы сверхвысокой температуры поколения IV ( VHTR ) для производства промышленных количеств водорода. (Японцы называют цикл циклом IS.) Были разработаны планы по испытанию более масштабных автоматизированных систем для производства водорода. В рамках соглашения Международной инициативы по исследованиям в области ядерной энергии (INERI) французский CEA , General Atomics и Sandia National Laboratories совместно разрабатывают процесс серы и йода. Дополнительные исследования проводятся в Айдахской национальной лаборатории , в Канаде, Корее и Италии.

Материальный вызов

Цикл S–I включает операции с едкими химикатами при температурах до примерно 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, реактивные металлы, суперсплавы , керамику, полимеры и покрытия. [6] [7] Некоторые предлагаемые материалы включают сплавы тантала, сплавы ниобия, благородные металлы , стали с высоким содержанием кремния, [8] несколько суперсплавов на основе никеля , муллит , карбид кремния (SiC), стекло, нитрид кремния ( Si3N4 ) и другие. Недавние исследования по масштабному прототипированию показывают , что новые технологии поверхности тантала могут быть технически и экономически осуществимым способом создания установок большего масштаба. [9]

Водородная экономика

Цикл серы и йода 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 солнечных тепловых концентраторов.

Смотрите также

Сноски

  1. ^ Безенбрух, Г. 1982. Общий процесс термохимического расщепления воды атомарной серой иодом. Труды Американского химического общества, Div. Pet. Chem., 27(1):48-53.
  2. ^ "HTTR High Temperature engineering Test Reactor". Httr.jaea.go.jp . Получено 23 января 2014 г.
  3. ^ https://smr.inl.gov/Document.ashx?path=DOCS%2FGCR-Int%2FNHDDELDER.pdf. Прогресс в ядерной энергетике Ядерное тепло для производства водорода: соединение реактора с очень высокой/высокой температурой с установкой по производству водорода. 2009
  4. ^ Отчет о состоянии 101 – Газотурбинный высокотемпературный реактор (GTHTR300C)
  5. ^ VHTR JAEA ДЛЯ КОГЕНЕРАЦИИ ВОДОРОДА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ: GTHTR300C
  6. ^ Пол Пикард, Термохимический цикл серы и йода. Обзор водородной программы Министерства энергетики США за 2005 г.
  7. ^ Wonga, B.; Buckingham, RT; Brown, LC; Russ, BE; Besenbruch, GE; Kaiparambil, A.; Santhanakrishnan, R.; Roy, Ajit (2007). «Разработка строительных материалов в процессе термохимического расщепления воды серой и йодом для производства водорода». Международный журнал водородной энергетики . 32 (4): 497–504. doi :10.1016/j.ijhydene.2006.06.058.
  8. ^ Информационный листок Сарамета Архивировано 14 февраля 2006 г. на Wayback Machine
  9. ^ T. Drake, BE Russ, L. Brown, G. Besenbruch, «Применение тантала для использования в масштабных экспериментах с серой и йодом», AIChE, осеннее ежегодное собрание 2007 г., 566a.

Ссылки

Внешние ссылки