¿Cómo producir hidrógeno?

Los métodos de producción en fábrica son:

1. Electrólisis del agua para producir hidrógeno.

La producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua es actualmente uno de los métodos más utilizados y maduros. El proceso de producir hidrógeno a partir de agua como materia prima es el proceso inverso de quemar hidrógeno y oxígeno para producir agua. Por lo tanto, siempre que se proporcione una determinada forma de energía, el agua se puede descomponer. La eficiencia de proporcionar energía eléctrica para descomponer el agua para producir hidrógeno es generalmente del 75 al 85%. El proceso es simple y no contaminante, pero consume mucha electricidad, por lo que su aplicación está sujeta a ciertas restricciones. Utilizar las diferencias de picos y valles de la red eléctrica para electrolizar agua y producir hidrógeno también tiene características como medio de almacenamiento de energía. Mi país es rico en recursos hidroeléctricos. El uso de energía hidroeléctrica para generar electricidad y la electrolización del agua para producir hidrógeno tiene perspectivas de desarrollo. La energía solar es inagotable y el método de producir hidrógeno mediante fotoelectricidad se denomina sistema de energía de hidrógeno solar y se han llevado a cabo investigaciones experimentales en el extranjero. Con la mejora de la eficiencia energética de la conversión de células solares, la reducción de costos y la extensión de la vida útil, sus perspectivas de producción de hidrógeno son inconmensurables. Al mismo tiempo, la energía solar, la energía eólica y la energía oceánica también pueden producir hidrógeno a través de la electricidad y utilizarlo como portador de energía intermedio para regular y almacenar la energía convertida, haciendo que el suministro de energía a los usuarios sea más flexible y conveniente. El excedente de energía eléctrica del sistema de suministro de energía durante los períodos bajos también se puede utilizar para electrolizar agua y producir hidrógeno para lograr el propósito de almacenamiento de energía. Hay cientos de dispositivos de producción de hidrógeno por electrólisis de agua de varios tamaños en nuestro país, pero todos son pequeños equipos de producción de hidrógeno por electrólisis y su propósito es producir hidrógeno como condimento en lugar de como fuente de energía. Con la expansión gradual de las aplicaciones de la energía del hidrógeno, seguramente se desarrollarán métodos de producción de hidrógeno por electrólisis del agua.

2. Producción de hidrógeno a partir de combustibles fósiles

La producción de hidrógeno a partir de carbón, petróleo y gas natural como materia prima es el principal método de producción de hidrógeno en la actualidad. Este método cuenta con tecnología madura y equipos de producción industrial en nuestro país.

(1) Producir hidrógeno a partir del carbón

En la estructura energética de mi país, el carbón seguirá siendo la principal fuente de energía durante mucho tiempo. Cómo mejorar la eficiencia de utilización del carbón y reducir la contaminación ambiental es un tema que requiere investigación continua. La conversión del carbón en hidrógeno es una de las formas.

Existen dos métodos principales para producir gas que contiene hidrógeno a partir de carbón: uno es la coquización del carbón (o carbonización a alta temperatura) y el otro es la gasificación del carbón. La coquización se refiere a la producción de coque a partir de carbón a 90-1000 ℃ en condiciones aisladas de aire, y el subproducto es el gas de horno de coque. La composición del gas de coque contiene hidrógeno 55-60% (volumen), metano 23-27%, monóxido de carbono 6-8%, etc. Cada tonelada de carbón puede producir entre 300 y 350 m3 de gas, que puede utilizarse como gas urbano y como materia prima para producir hidrógeno. La gasificación del carbón se refiere a la reacción del carbón con un agente de gasificación y su conversión en productos gaseosos a alta temperatura, presión normal o presión. El agente de gasificación es vapor de agua u oxígeno (aire), y el producto gaseoso contiene hidrógeno y otros componentes, cuyo contenido varía según los diferentes métodos de gasificación. En nuestro país existe un gran número de pequeñas y medianas plantas de hidrógeno sintético, todas las cuales utilizan carbón como materia prima. Después de la gasificación, se produce gas que contiene hidrógeno como materia prima para la síntesis de amoníaco. Se trata de un método de obtención de fuentes de hidrógeno con características chinas. El gasificador de lecho fijo OGI puede funcionar de forma intermitente para producir gas de agua. El dispositivo tiene una baja inversión y es fácil de operar. Su composición de productos gaseosos es principalmente hidrógeno y monóxido de carbono, de los cuales el hidrógeno puede alcanzar más del 60% y se puede producir hidrógeno puro. Al utilizar la gasificación del carbón para producir hidrógeno, el costo del equipo representa la mayor parte de la inversión. El método de gasificación subterránea del carbón ha atraído la atención de la gente en las últimas décadas. La tecnología de gasificación subterránea tiene las ventajas de una alta tasa de utilización de los recursos de carbón y de reducir o evitar daños al medio ambiente de la superficie. Yu Li de la Universidad de Minería y Tecnología de China y otros han desarrollado y perfeccionado un nuevo proceso de "gasificación subterránea de carbón en dos etapas, de gran sección transversal y canal largo" para producir gas agua. El contenido de hidrógeno en el gas alcanza más de 50. %. Se ha llevado a cabo una operación de prueba industrial en Liuzhuang, Tangshan, y se puede producir gas agua a 50.000 m3 si se purifica aún más mediante conversión y adsorción por cambio de presión, se puede producir hidrógeno barato. tiene ciertas perspectivas de desarrollo en mi país. Nuestro país tiene una buena base para dominar la tecnología de producción de hidrógeno a base de carbón. En particular, un gran número de plantas de amoníaco pequeñas y medianas tienen dispositivos de producción de hidrógeno ubicados en todo el país, lo que crea las condiciones para proporcionar fuentes de hidrógeno en el futuro. El proceso de producción de agua y gas de gasificación subterránea de carbón desarrollado por mi país para obtener hidrógeno barato ha logrado resultados iniciales, tiene perspectivas de desarrollo y merece atención.

(2) Utilizar gas natural o petróleo ligero como materia prima para producir hidrógeno.

Este método consiste en producir hidrógeno mediante reacción y conversión con vapor de agua en presencia de un catalizador. Se producen principalmente las siguientes reacciones:

CH4+H2O→CO+H2

CO+H2O→COZ+HZ

CnH2h+2+Nh2O→nCO+(Zh +l)HZ

La reacción se realiza a 800°C y se lleva a cabo a -820°C. De la reacción anterior se puede ver que algo de hidrógeno también proviene del vapor de agua.

En la composición del gas producido por este método, el contenido de hidrógeno puede alcanzar el 74% (en volumen). Su costo de producción depende principalmente del precio de las materias primas. El precio del petróleo ligero en mi país es alto, el costo de producción del gas. Es caro y su uso está restringido. La mayoría de las plantas de metanol de síntesis de amoníaco a gran escala utilizan gas natural como materia prima y reformado catalítico con vapor para producir hidrógeno. Nuestro país ha realizado numerosos trabajos de investigación eficaces en este campo y ha construido un gran número de dispositivos de producción industrial. Nuestro país ha desarrollado un proceso de producción de hidrógeno con reformado intermitente con vapor de gas natural para producir materias primas para plantas de amoníaco a pequeña escala. Este método no requiere un reformador de aleación de alta temperatura y tiene bajos costos de inversión en equipos. El proceso de producción de hidrógeno utilizando petróleo y gas natural como materias primas está muy maduro, pero debido a las limitaciones de las materias primas, actualmente se utiliza principalmente para producir materias primas químicas.

(3) Oxidación parcial del petróleo pesado como materia prima para producir hidrógeno

Las materias primas del petróleo pesado incluyen presión atmosférica, petróleo residual al vacío y fueloil después del procesamiento profundo del petróleo, petróleo pesado. y vapor de agua Reaccionan con oxígeno para producir productos gaseosos que contienen hidrógeno. La combustión de parte del petróleo pesado proporciona el calor necesario para la reacción endotérmica de conversión y una determinada temperatura de reacción. Del costo del producto de hidrógeno producido por este método, los costos de las materias primas representan aproximadamente un tercio y el precio del petróleo pesado es bajo, por lo que la gente le presta atención. Nuestro país ha construido un dispositivo de producción de hidrógeno por oxidación parcial de petróleo pesado a gran escala para producir materias primas para la síntesis de hidrógeno.