Svavel-jod cykel

Förenklat diagram över svavel-jod-cykeln

Svavel -jod-cykeln (S-I-cykeln) är en trestegs termokemisk cykel som används för att producera väte .

S–I-cykeln består av tre kemiska reaktioner vars nettoreaktant är vatten och vars nettoprodukter är väte och syre . Alla andra kemikalier återvinns. S–I-processen kräver en effektiv värmekälla.

Metodbeskrivning

H2O _ _ ½O 2
↓ ↑
jag 2 → Reaktion 1 ← SO2 + H2O _ _ ← Separat
↑ ↓ ↑
2HI ← Separat → H 2 SO 4 → Reaktion 2
↓
H 2

De tre reaktionerna som producerar väte är följande:

  1. I2 ) + SO2 + 2 H2O -värme → 2 HI + H2SO4 ( 120 °C (250 °F ) ; Bunsenreaktion
    • HI separeras sedan genom destillation eller vätske/vätska gravitisk separation.
  2. 2 H 2 SO 4 + värme → 2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 (830 °C (1 530 °F))
    • Vattnet, SO 2 och kvarvarande H 2 SO 4 måste separeras från syrebiprodukten genom kondensation.
  3. 2 HI + värme → I 2 + H 2 (450 °C (840 °F))
    • Jod och eventuellt medföljande vatten eller SO 2 separeras genom kondensation och väteprodukten blir kvar som en gas.
reaktion : 2 H2O → 2H2 + O2

Svavel- och jodföreningarna återvinns och återanvänds , därav hänsyn till processen som en cykel. Denna S–I-process är en kemisk värmemotor . Värme kommer in i kretsloppet i högtemperatur- endotermiska kemiska reaktioner 2 och 3, och värme lämnar kretsloppet i lågtemperatur- exoterma reaktion 1. Skillnaden mellan värmen som går in i och lämnar kretsloppet lämnar cykeln i form av förbränningsvärme av det producerade vätet.

Egenskaper

Fördelar

Nackdelar

  • Mycket höga temperaturer krävs (minst 850 °C (1 560 °F)) - ouppnåeligt eller svårt att uppnå med nuvarande tryckvattenreaktorer eller koncentrerad solenergi
  • Frätande reagenser som används som mellanhänder (jod, svaveldioxid, jodvätesyra, svavelsyra); därför avancerade material som behövs för konstruktion av processutrustning
  • Betydande vidareutveckling krävs för att vara genomförbar i stor skala
  • Vid det föreslagna temperaturintervallet kan avancerade termiska kraftverk uppnå verkningsgrader (eleffekt per värmetillförsel) på över 50 %, vilket något förnekar effektivitetsfördelen
  • Vid läckage släpps frätande och något giftiga ämnen ut i miljön - bland dem flyktigt jod och jodvätesyra
  • Om väte ska användas för processvärme gör de erforderliga höga temperaturerna fördelarna jämfört med direkt användning av värme tvivelaktiga
  • Kan inte använda icke-termiska eller lågvärdiga termiska energikällor som vattenkraft, vindkraft eller den mest tillgängliga geotermiska kraften

Forskning

S–I-cykeln uppfanns vid General Atomics på 1970-talet. Japans atomenergibyrå (JAEA) har genomfört framgångsrika experiment med S–I-cykeln i den heliumkylda högtemperaturtestreaktorn, en reaktor som nådde första kriticitet 1998, JAEA har ambitionen att använda ytterligare kärnkraftsgeneration IV med mycket hög temperatur. reaktorer ( VHTR ) för att producera kvantiteter av väte i industriell skala. (Japanerna refererar till cykeln som IS-cykeln.) Planer har gjorts för att testa större automatiserade system för väteproduktion. ) utvecklar franska CEA , General Atomics och Sandia National Laboratories gemensamt svavel-jod-processen. Ytterligare forskning pågår vid Idaho National Laboratory , i Kanada, Korea och Italien.

Materiell utmaning

S–I-cykeln involverar operationer med frätande kemikalier vid temperaturer upp till cirka 1 000 °C (1 830 °F). Valet av material med tillräcklig korrosionsbeständighet under processförhållandena är av avgörande betydelse för den ekonomiska livskraften för denna process. De föreslagna materialen inkluderar följande klasser: eldfasta metaller, reaktiva metaller, superlegeringar , keramer, polymerer och beläggningar. Några föreslagna material inkluderar tantallegeringar, nioblegeringar, ädelmetaller, högkiselstål, flera nickelbaserade superlegeringar , mullit , kiselkarbid (SiC), glas, kiselnitrid (Si 3 N 4 ) och andra. Ny forskning om skalad prototyping tyder på att ny tantalytteknologi kan vara ett tekniskt och ekonomiskt genomförbart sätt att göra installationer i större skala.

Vätgasekonomi

Svavel-jod-cykeln har föreslagits som ett sätt att tillföra väte för en vätebaserad ekonomi . Det kräver inte kolväten som nuvarande metoder för ångreformering men kräver värme från förbränning, kärnreaktioner eller solvärmekoncentratorer.

Se även

Fotnoter

  • Paul M. Mathias och Lloyd C. Brown "Thermodynamics of the Sulphur-Iodine Cycle for Thermochemical Hydrogen Production", presenterad vid det 68:e årsmötet för Society of Chemical Engineers, Japan 23 mars 2003. (PDF ) .
  • Atsuhiko TERADA; Jin IWATSUKI, Shuichi ISHIKURA, Hiroki NOGUCHI, Shinji KUBO, Hiroyuki OKUDA, Seiji KASAHARA, Nobuyuki TANAKA, Hiroyuki OTA, Kaoru ONUKI och Ryutaro HINO, "Development of Hydrogen Production Technology by Thermochemical Water Splitting Process of Nucle Water Splitting" Science and Technology, Vol.44, No.3, sid. 477–482 (2007). (PDF) .

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Sulfur–iodine_cycle&oldid=1119876807 "