stringtranslate.com

Очистка водорода

Очистка водорода — это любая технология, используемая для очистки водорода . Примеси в водородном газе зависят от источника H2, например, нефть, уголь, электролиз и т. д. Требуемая чистота определяется применением водородного газа. Например, сверхвысокоочищенный водород необходим для таких применений, как топливные элементы с протонообменной мембраной . [1]

Технологии очистки

Низкотемпературные методы

Стандартная крупномасштабная очистка H 2 , производимого на нефтеперерабатывающих заводах, использует его очень низкую температуру кипения -253 °C. Большинство примесей имеют температуру кипения значительно выше этой температуры. Низкотемпературные методы могут быть дополнены очисткой для удаления определенных примесей. [1]

Водородные очистители с палладиевой мембраной

Водород можно очистить, пропустив через мембрану, состоящую из палладия и серебра . Этот сплав с соотношением Pd:Ag около 3:1 структурно более прочен, чем чистый Pd, который является активным компонентом, позволяющим селективно диффузировать через него H 2. Диффузия происходит быстрее около 300 °C. Этот метод использовался для очистки водорода в лабораторных масштабах, но не в промышленности. Мембраны из серебра и палладия нестабильны по отношению к алкенам и серосодержащим соединениям. [1]

Плотные тонкометаллические мембранные очистители компактны, относительно недороги и просты в использовании. [2] [3]

Адсорбция при переменном давлении

Адсорбция при переменном давлении используется для удаления диоксида углерода (CO 2 ) в качестве конечного шага в крупномасштабном коммерческом синтезе водорода . Она также может удалять метан , оксид углерода , азот , влагу и в некоторых случаях аргон из водорода.

Приложения

Металлоорганическая парофазная эпитаксия

Водородные очистители используются в реакторах парофазной эпитаксии металлоорганических соединений для производства светодиодов . [4]

топливные элементы PEM

Электромобили на топливных элементах обычно используют топливные элементы с полимерной электролитной мембраной (PEMFC), которые восприимчивы к ряду примесей. Примеси влияют на PEMFC, используя ряд механизмов, они могут включать отравление катализаторов реакции окисления водорода на аноде, снижение ионной проводимости иономера и мембраны, изменение смачивающих свойств компонентов или блокирование пористости в диффузионной среде. Воздействие некоторых примесей, таких как оксид углерода , муравьиная кислота или формальдегид , обратимо, и производительность PEMFC восстанавливается после удаления примеси. Другие примеси, например, сернистые соединения, могут вызывать необратимую деградацию. [5] Допустимые пределы примесей водорода показаны ниже.

Были предприняты усилия по оценке соответствия водорода, поставляемого водородными заправочными станциями, стандарту ISO-14687. [7] [8] [9] Хотя водород в целом был признан «хорошим» [7], были зарегистрированы нарушения стандарта, чаще всего для азота, воды и кислорода.

Двигатели внутреннего сгорания и приборы

Приложения для сжигания, как правило, более терпимы к примесям водорода, чем PEFMC, поэтому стандарт ISO-14687 для допустимых примесей менее строг. [10] Этот стандарт сам по себе подвергся критике с предложениями по его пересмотру, чтобы сделать его более мягким и, следовательно, подходящим для водорода, распределяемого через повторно используемую газовую сеть. [11]

Источники примесей

Наличие примесей в водороде зависит от исходного сырья и процесса производства. Водород, полученный электролизом воды, может обычно включать следы кислорода и воды. Водород, полученный риформингом углеводородов, содержит диоксид углерода и оксид углерода, а также соединения серы. [11] Некоторые примеси могут быть добавлены намеренно, например, одоранты для облегчения обнаружения утечек газа. [13]

Методы анализа

Поскольку допустимые концентрации многих примесей очень низки, это предъявляет строгие требования к чувствительности аналитических методов. Более того, высокая реакционная способность некоторых примесей требует использования должным образом пассивированных систем отбора проб и анализа. [14] Отбор проб водорода является сложной задачей, и необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что примеси не попадут в образец и что примеси не абсорбируются или не реагируют внутри оборудования для отбора проб; в настоящее время существуют различные методы отбора проб, но они основаны на заполнении газового баллона из заправочного пистолета заправочной станции. [15] Предпринимаются усилия по стандартизации и сравнению стратегий отбора проб. [16] [17] Для оценки образцов водорода для всех компонентов, перечисленных в ISO 14687-2, необходимо сочетание различных приборов. [18] Методы, подходящие для отдельных примесей, указаны в таблице ниже.

Такие методы, как электрохимические датчики [21] [22] и масс-спектрометрия. [23]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Häussinger, Peter; Lohmüller, Reiner; Watson, Allan M. (2011). "Hydrogen, 3. Purification". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . doi :10.1002/14356007.o13_o04. ISBN 978-3-527-30385-4.
  2. ^ Мембраны для очистки водорода
  3. ^ Плотные металлические мембраны для очистки водорода
  4. ^ «Водородные очистители оказываются жизненно важными для производства светодиодов». Обзор III-Vs . 19 (5): 19. Июнь 2006. doi : 10.1016/S0961-1290(06)71698-2 .
  5. ^ X. Cheng, Z. Shi, N. Glass, L. Zhang, J. Zhang, D. Song, Z.-S. Liu, H. Wang и J. Shen (2007). «Обзор загрязнения водородных топливных элементов PEM: воздействия, механизмы и смягчение». Journal of Power Sources . 165 (2): 739–756. Bibcode :2007JPS...165..739C. doi :10.1016/j.jpowsour.2006.12.012. S2CID  95246225.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  6. ^ "ISO 14687:2019" . Получено 2021-10-18 .
  7. ^ ab Aarhaug, Thor Anders; Kjos, Ole; Bacquart, Thomas; Valter, Vladimir; Optenhostert, Thomas (2021-08-18). «Оценка качества водорода, отпускаемого на водородных заправочных станциях в Европе». Международный журнал водородной энергетики . СИСТЕМЫ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ. 46 (57): 29501–29511. Bibcode : 2021IJHE...4629501A. doi : 10.1016/j.ijhydene.2020.11.163 . hdl : 11250/3025287 . ISSN  0360-3199. S2CID  230535934.
  8. ^ Aarhaug, Thor A.; Kjos, Ole S.; Ferber, Alain; Hsu, Jong Pyong; Bacquart, Thomas (2020). «Картографирование качества водородного топлива в Европе». Frontiers in Energy Research . 8 : 307. doi : 10.3389/fenrg.2020.585334 . hdl : 11250/2770289 . ISSN  2296-598X.
  9. ^ «Публичный отчет HYDRAITE D3.1 | HYDRAITE» . Проверено 18 октября 2021 г.
  10. ^ "ISO 14687:2019" . Получено 2021-10-18 .
  11. ^ ab "WP2 Report Hydrogen Cleanity". Hy4Heat . Получено 2021-10-18 .
  12. ^ "ISO 14687:2019" . Получено 2021-10-18 .
  13. ^ «Отчет о закрытии проекта по обнаружению утечек и одоранта водорода» (PDF) .
  14. ^ Баккар, Томас; Мур, Ниам; Харт, Ник; Моррис, Абигейл; Аархауг, Тор А.; Кьос, Оле; Опретр, Фабьен; Колас, Тибо; Халуа, Фредерик; Гозлан, Бруно; Муруган, Арул (14.02.2020). «Отбор проб качества водорода на заправочной станции водорода — уроки, извлеченные из отбора проб на производстве и на сопле». Международный журнал по водородной энергетике . 22-я всемирная конференция по водородной энергетике. 45 (8): 5565–5576. Bibcode : 2020IJHE...45.5565B. doi : 10.1016/j.ijhydene.2019.10.178. hdl : 11250/2689927 . ISSN  0360-3199. S2CID  213820032.
  15. ^ Аррениус, Карин; Архауг, Тор; Баккар, Томас; Моррис, Эбигейл; Бартлетт, Сэм; Вагнер, Лиза; Блондель, Клэр; Гозлан, Бруно; Лескорне, Янн; Храмоста, Натали; Спитта, Кристиан (11.10.2021). «Стратегии отбора проб водорода на заправочных станциях для оценки чистоты». Международный журнал водородной энергетики . 46 (70): 34839–34853. Bibcode : 2021IJHE...4634839A. doi : 10.1016/j.ijhydene.2021.08.043 . hdl : 11250/3010363 . ISSN  0360-3199. S2CID  239636011.
  16. ^ Практика отбора проб водорода высокого давления и связанных с ним топливных элементов, ASTM International, doi :10.1520/d7606-17 , получено 01.11.2021
  17. ^ DIN ISO/TS 22002-3:2017-09 , получено 2021-11-01
  18. ^ Муруган, Арул; Браун, Эндрю С. (2015-03-22). «Обзор методов анализа чистоты для выполнения контроля качества водорода в топливных элементах». Международный журнал водородной энергетики . 40 (11): 4219–4233. Bibcode : 2015IJHE...40.4219M. doi : 10.1016/j.ijhydene.2015.01.041. ISSN  0360-3199.
  19. ^ "Чистота водорода". NPLWebsite . Получено 2021-10-18 .
  20. ^ Баккар, Томас; Аррениус, Карин; Персейн, Стефан; Рохо, Андрес; Опретр, Фабьен; Гозлан, Бруно; Мур, Ниам; Моррис, Эбигейл; Фишер, Андреас; Муруган, Арул; Бартлетт, Сэм (31.12.2019). «Качество водородного топлива из двух основных производственных процессов: паровой риформинг метана и электролиз воды с протонообменной мембраной». Журнал источников питания . 444 : 227170. Bibcode : 2019JPS...44427170B. doi : 10.1016/j.jpowsour.2019.227170 . ISSN  0378-7753. S2CID  208754564.
  21. ^ Мукундан, Рангачари (2020). «Разработка электрохимического детектора загрязнения водородом». Журнал Электрохимического общества . 167 (14): 147507. Bibcode : 2020JElS..167n7507M. doi : 10.1149/1945-7111/abc43a . S2CID  226341724.
  22. ^ Нода, З.; Хирата, К.; Хаяси, А.; Такахаси, Т.; Наказато, Н.; Сайгуса, К.; Сео, А.; Сузуки, К.; Ариура, С.; Синкай, Х.; Сасаки, К. (2017-02-02). «Датчики примесей водородного насоса для водородного топлива». Международный журнал водородной энергетики . 42 (5): 3281–3293. Bibcode : 2017IJHE...42.3281N. doi : 10.1016/j.ijhydene.2016.12.066. ISSN  0360-3199.
  23. ^ "HydrogenSense". www.vandf.com . Получено 2021-10-27 .[ постоянная мертвая ссылка ]

Внешние ссылки