Parní reforma

Parní reformování s částečnou oxidací, přeměnou CO a absorpcí oxidu uhelnatého
1) přivádění metanu, 2) přívod vody, 3) primární reformátor, 4) přívod vzduchu, 5) sekundární reformátor, 6) katalyzátor, 7) kompresor , 8) pračka

Parního reformování (v technické terminologii jako reformování vodní párou , anglicky parní reformování ) je v současné době nejvýznamnější proces v průmyslovém měřítku pro výrobu vodíku z uhlíkatých paliv a vody. Zemní plyn je v současné době nejdůležitější surovinou; v zásadě je jako výchozí materiál vhodné mnoho alifatických uhlovodíků, jako je lehký benzín , methanol , bioplyn nebo biomasa . Parní reformování je endotermická reakce, při které je nutné do reakce přidat požadované teplo. Simultánní částečnou oxidací uhlovodíků lze tento způsob také provádět autotermálně . Účinnost (zemní plyn na vodík), je asi 60 až 70%.

příběh

Vývoj parní reformy sahá až k Carlu Boschovi , který hledal levné zdroje vodíku pro proces Haber-Bosch pro syntézu amoniaku ve 20. letech 20. století . První patent Georgovi Schillerovi udělila společnost IG Farben , která uspěla v parní reformě metanu pomocí katalyzátoru na bázi oxidu niklu . IG Farben udělil licenci Standard Oil of New Jersey . Již v roce 1931 začala společnost vyrábět vodík reformou páry ve svém závodě v Baton Rouge v Louisianě . Parní reforma zemního plynu vyprodukovala v roce 2014 celosvětově přibližně 48 procent vodíku použitého na celém světě, z čehož proces Haber-Bosch spotřeboval zhruba 60 procent.

Reakce

Parní reformování je alotermický proces, který funguje podle následující rovnice:

${\ Displaystyle \ mathrm {CH_ {4 (g)} + H_ {2} O _ {(g)} \; \ rightleftharpoons \; CO _ {(g)} + 3 \ H_ {2 (g)}, \ \ Delta H = + 206 {,} 2 kJ / mol}}$

( Metan + vodní pára → oxid uhelnatý + vodík; endotermní )

Požadované reakční teplo lze aplikovat částečnou oxidací:

${\ Displaystyle 2 \ \ mathrm {CH_ {4 (g)}} + \ mathrm {O_ {2 (g)}} \; \ rightleftharpoons \; 2 \ \ mathrm {CO _ {(g)}} +4 \ \ mathrm {H_ {2 (g)}} \ qquad {\ Delta H = -71 \ \ mathrm {kJ / mol}}}$

( Metan + kyslík → oxid uhelnatý + vodík; exotermní )

Ke zvýšení výtěžku vodíku lze vytvořený oxid uhelnatý přeměnit na oxid uhličitý a další vodík v další reakci, reakční směně voda-plyn .

${\ Displaystyle \ mathrm {CO _ {(g)} + H_ {2} O _ {(g)} \; \ rightleftharpoons \; CO_ {2 (g)} + H_ {2 (g)}, \ \ \ \ Delta H = -41 {,} 2 \ kJ / mol}}$

(Reakce posunu vodního plynu; mírně exotermická)

Za tímto účelem se horká vodní pára smísí s reformovaným plynem (například zemním plynem) nebo s odpařenou kapalinou (například lehkým benzínem) a převede se do plynné fáze přes heterogenní katalyzátor s konstantním přísunem energie .

Pevné látky

Protože složité pevné látky, jako je dřevo, čistírenský kal nebo komunální odpad, nelze odpařovat, je třeba je reformovat za jiných podmínek. Reformování probíhá za použití superkritické vody na heterogenním katalyzátoru při 250-300 barech, 400-550 ° C a velkém přebytku vody. Tvorba látek znečišťujících ovzduší, jako například při spalování odpadu, v těchto extrémních podmínkách nehraje prakticky žádnou roli.

Metanolový reformátor

webové odkazy

• Procesní schéma (SVG)
• Forschungszentrum Jülich GmbH - informace o reformách

prameny

1. ^ Anton Karle: Elektromobilita. Základy a praxe . Mnichov 2017, s. 40f.
2. ↑ Patent US2083795 : Výroba vodíku. Publikováno 15. června 1937 , vynálezci: Georg Schiller, Gustav Wietzel. ‌
3. ↑ Václav Smil: Obohacení Země: Fritz Haber, Carl Bosch a transformace světové produkce potravin. MIT Press, 2001, ISBN 978-0-262-69313-4 , s. 242.
4. ↑ Fangming Jin (Ed.): Aplikace hydrotermálních reakcí na přeměnu biomasy. Springer, 2014, ISBN 978-3-642-54457-6 , s. 221.
5. ^ SZ Johanson, MH Spritzer, GT Hong, WS Rickman: Parciální oxidace superkritické vody . In: Proceedings of the 2001 DOE Hydrogen Program Review . 2001 ( PDF ).