Cyklus síry a jódu

Cyklus síra-jód (cyklus S–I) je třístupňový termochemický cyklus používaný k výrobě vodíku .

Cyklus S-I se skládá ze tří chemických reakcí , jejichž čistým reaktantem je voda a čistými produkty jsou vodík a kyslík . Všechny ostatní chemikálie lze recyklovat. Proces S–I vyžaduje účinný zdroj tepla.

Popis procesu

H2O _ _ ½ O2 _
↓ ↑
já 2 → Reakce 1 ← SO2 + H20 _ _ ← větev
↑ ↓ ↑
2HI ← větev → H2SO4 _ _ _ → Reakce 2
↓
H2 _

Tři reakce, které produkují vodík, jsou následující:

  1. I 2 + SO 2 + 2H 2 O + zahřívání na 120 ° C → 2 HI + H 2 SO 4 - Bunsenova reakce .
    • HI se pak oddělí destilací nebo gravitační separací kapalina/kapalina.
  2. 2 H 2 SO 4 + ohřev až na 830 ° C → 2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 .
    • Voda, SO 2 a zbytková H 2 SO 4 musí být odděleny od kyslíku kondenzací.
  3. 2 HI + ohřev až na 450 ° C → I 2 + H 2 .
    • Jód a jakákoli přidružená voda nebo S02 jsou odděleny kondenzací , přičemž vodík zůstává jako plyn.
Čistá reakce: 2 H20 - > 2 H2 + O2

Sloučeniny síry a jódu se získávají a znovu používají, takže proces je vnímán jako cyklus. Tento proces S–I je chemický tepelný stroj . Teplo vstupuje do cyklu při vysokoteplotních endotermických chemických reakcích 2 a 3 a opouští cyklus při nízkoteplotní exotermické reakci 1. Rozdíl mezi teplem vstupujícím a opouštějícím cyklus opouští cyklus jako spalné teplo vyrobeného vodíku.

Charakteristika

výhody:

nedostatky:

Výzkum

Cyklus S–I byl vynalezen v General Atomics v 70. letech [1] . Japonská agentura pro atomovou energii (JAEA) provedla úspěšné experimenty s cyklem S–I ve vysokoteplotním testovacím reaktoru [2] [3] [4] [5] spuštěném v roce 1998, JAEA hodlá použít jadernou energii nové generace IV . -teplotní reaktory pro výrobu vodíku v průmyslovém měřítku. Plánuje se testování systémů automatizované výroby vodíku ve větším měřítku. Na základě dohody International Nuclear Energy Research Initiative (INERI) francouzské CEA , General Atomics a Sandia National Laboratories společně vyvíjejí proces síry a jódu. Další výzkum se provádí v Idaho National Laboratory v Kanadě, Koreji a Itálii.

Požadavky na materiály

Cyklus S-I zahrnuje operace s agresivními chemikáliemi při teplotách do 1000 °C. Výběr materiálů s dostatečnou korozní odolností je klíčový pro ekonomickou životaschopnost tohoto procesu. Navrhované materiály zahrnují následující třídy: žáruvzdorné kovy, reaktivní kovy, superslitiny , keramika, polymery a povlaky [6] [7] . Některé navrhované materiály zahrnují slitiny tantalu a niobu, ušlechtilé kovy, vysoce křemíkové oceli, několik superslitin na bázi niklu , mullit , karbid křemíku (SiC), sklo, nitrid křemíku (Si 3 N 4 ) a další. Nedávné studie o prototypování ve velkém měřítku naznačují, že nové technologie tantalových povrchů mohou být technicky a ekonomicky životaschopným způsobem vytváření instalací ve velkém měřítku [8] .

Vodíkové hospodářství

Cyklus síra-jód byl navržen jako způsob, jak dodávat vodík pro vodíkovou ekonomiku . Nevyžaduje uhlovodíky jako současné metody parního reformování , ale vyžaduje teplo ze spalování paliva, jaderných reakcí nebo solární energie.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Besenbruch, G. 1982. Obecný proces termochemického dělení atomové síry a jódu. Proceedings of the American Chemical Society, Div. Domácí mazlíček. Chem., 27(1):48-53.
  2. ↑ Vysokoteplotní inženýrský zkušební reaktor HTTR . Httr.jaea.go.jp. Staženo: 23. ledna 2014.
  3. ↑ https://smr.inl.gov/Document.ashx?path=DOCS%2FGCR-Int%2FNHDDELDER.pdf  (odkaz není k dispozici) . Pokrok v jaderné energetice Jaderné teplo pro výrobu vodíku: Připojení reaktoru s velmi vysokou/vysokou teplotou k závodu na výrobu vodíku. 2009
  4. ↑ Zpráva o stavu 101 – Vysokoteplotní reaktor s plynovou turbínou (GTHTR300C)
  5. ↑ VHTR JAEA PRO KOGENERÁCI VODÍKU A ELEKTRICKÉ ENERGIE: GTHTR300C (odkaz není k dispozici) . Získáno 10. června 2021. Archivováno z originálu 10. srpna 2017. 
  6. ↑ Paul Pickard, Síra-Jodový termochemický cyklus 2005 DOE Hydrogen Program Review
  7. ↑ Wonga, B. (2007). „Vývoj stavebních materiálů v procesu termochemického dělení vody síra-jód pro výrobu vodíku“. International Journal of Hydrogen Energy . 32 (4): 497-504. DOI : 10.1016/j.ijhydene.2006.06.058 .
  8. ↑ T. Drake, B. E. Russ, L. Brown, G. Besenbruch, "Tantalum Applications for Use In Scale Sulfur-Jodine Experiments", AIChE 2007 Fall Annual Meeting, 566a. (nedostupný odkaz) . Získáno 10. června 2021. Archivováno z originálu dne 24. července 2011. 

Zdroje

Externí odkazy