sıvı hidrojen nasıl üretilir?
1. Nasıl sıvı hidrojen üretildi?
Su gazı yöntemiyle hidrojen üretimi
Su gazı (C+H2O→CO+H2—ısı) elde etmek için yüksek sıcaklıkta su buharıyla reaksiyona girmek üzere ham madde olarak antrasit veya kok kullanın. Saflaştırmadan sonra, %80'den fazla hidrojen içeriğine sahip bir gaz elde etmek için CO'yu CO2'ye (CO+H2O →CO2+H2) dönüştürmek için su buharlı bir katalizörden geçirilir ve daha sonra CO2'yi çözmek için suya bastırılır ve ardından kalan CO'yu bakır format (veya amonyak içeren bakır asetat) içeren bir çözelti yoluyla uzaklaştırır. Saf hidrojenle karşılaştırıldığında, bu yöntemin hidrojen üretme maliyeti daha düşüktür ve büyük bir çıktıya ve daha fazla donanıma sahiptir. Bu yöntem genellikle amonyak sentez tesislerinde kullanılır. Bazıları ayrıca CO ve H2'den metanol sentezler ve birkaç yerde %80 hidrojen içeren daha az saf hidrojen kullanılır. Gaz, yapay sıvı yakıt için kullanılır. Bu yöntem Pekin Kimyasal Deney Tesisi ve birçok yerde küçük azotlu gübre tesislerinde sıklıkla kullanılmaktadır.
Petrolün termal parçalanmasından sentetik gaz ve doğal gazdan hidrojen üretimi
Petrolün termal parçalanmasının yan ürünü, genellikle benzinin hidrojenasyonunda kullanılan, petrokimya ve gübre tesislerinin ihtiyaç duyduğu hidrojeni büyük miktarda üretir. Bu hidrojen üretim yöntemi dünyanın birçok ülkesinde benimsenmiştir. Bohai Petrol Sahasındaki bitkiler, petrokimya üsleri vb. hepsi bu yöntemi hidrojen üretmek için kullanır.
Kok Fırını Gazı Soğutmalı Hidrojen Üretimi
Diğer gazları sıvılaştırmak ve hidrojeni bırakmak için ön olarak çıkarılan kok fırını gazını dondurun ve basınçlandırın. Bu yöntem birkaç yerde kullanılmaktadır.
Tuzlu suyun elektrolizinin hidrojen yan ürünü
Klor-alkali endüstrisinde, hidroklorik asit sentezi için kullanılan büyük miktarda saf hidrojen üretilir ve ayrıca sıradan hidrojen veya saf hidrojen üretmek için saflaştırılabilir. Örneğin ikinci kimya tesisinde kullanılan hidrojen, elektrolitik tuzlu suyun yan ürünüdür.
Bira endüstrisinin yan ürünleri
Mısır, aseton ve bütanolü fermente etmek için kullanıldığında, fermantasyon cihazının atık gazındaki hidrojenin 1/3'ünden fazlası, tekrarlanan saflaştırmanın ardından sıradan hidrojen (%97'nin üzerinde) üretebilir ve sıradan hidrojen, sıvı nitrojen ile -100°C'nin altına soğutulabilir. Silika jel tüpünde, yabancı maddeler (az miktarda N2 gibi) saf hidrojen (%99,99'dan fazla) üretmek için daha da uzaklaştırılabilir. Örneğin, Pekin Bira Fabrikası, kuvars ürünlerinin pişirilmesinde ve harici ünitelerde kullanılan bu yan ürün hidrojeni üretiyor.
2. Nasıl sıvı hidrojen ulaşım ve ulaşım şekilleri nelerdir
Şu anda sıvı hidrojenin taşıma yöntemleri esas olarak aşağıdaki türleri içermektedir:
Birincisi tanker kamyon teslimatı. Bu yöntem, sıvı hidrojeni üreticiden kullanıcının fabrikasına veya istasyonuna aktarmak için özel olarak tasarlanmış tanker kamyonlarını kullanır. Tankerler genellikle taşıma sırasında sıvı hidrojenin sıcaklığını ve basıncını sabit tutmak için çok katmanlı yalıtımlı kabuklarla tasarlanır. Ancak tankerin inşası oldukça yüksek maliyet gerektiren bu yöntem, trafik kazaları, mesafe kısıtlamaları gibi faktörlere karşı da hassastır.
İkincisi ise boru hattı teslimatıdır. Bu yaklaşım, devasa bir sıvı hidrojen dağıtım boru hattı sistemine dayanmaktadır. Sıvı hidrojen, üretim tesisi tarafından boru hattı sistemine enjekte ediliyor ve daha sonra yer altı boru hatları aracılığıyla kullanıcının fabrikasına veya hidrojen yakıt ikmal istasyonuna taşınıyor. Boru hattı taşımacılığı, büyük miktarlarda hidrojenin yüksek yoğunluklu taşınmasını karşılamanın ekonomik, verimli ve güvenli bir yoludur. Ancak aynı zamanda boru hattı taşımacılığı büyük ölçekli altyapının inşasını gerektirir ve belirli riskler vardır, bu nedenle güvenliğini sağlamak için sıkı yönetim ve bakım çalışmaları gerekmektedir.
Üçüncüsü ise gemi taşımacılığıdır. Sıvı hidrojen deniz yoluyla da dünyanın çeşitli bölgelerine taşınabilmektedir. Sıvı hidrojenin yoğunluğunun düşük olması nedeniyle, gemi taşımacılığı, geminin stabilitesini ve sıvı hidrojenin güvenliğini sağlamak için özel depolama ve taşıma tesisleri ve teknolojileri gerektirir. Gemi taşımacılığı, büyük miktarda sıvı hidrojenin uzun mesafe taşıma ihtiyacını karşılayabilir, ancak büyük ekonomik ve teknik maliyetlerin yanı sıra deniz güvenliği düzenlemeleri ve uluslararası sözleşmelere sıkı bir uyum gerektirir.
3. Sıvı hidrojenin üretilmesi zor mudur?
Üretilmesi daha zordur ve zorluk aşağıdaki noktalarda yatmaktadır:
Soğutma sıcaklığı düşük, soğutma kapasitesi büyük ve birim enerji tüketimi yüksek;
Hidrojenin orto-paradönüşüm işlemi, hidrojeni sıvılaştırmak için gereken işi metan, nitrojen, helyum ve diğer gazlarınkinden çok daha fazla yapar ve orto-paradönüşüm ısısı ideal sıvılaştırma işinin yaklaşık %16'sını oluşturur;
Özgül ısının hızlı değişimi, sıcaklığın artmasıyla birlikte hidrojenin ses hızının da hızla artmasına neden olur. Bu yüksek ses hızı, hidrojen genişleticinin rotorunun yüksek stres taşımasına neden olarak genişleticinin tasarımını ve üretimini çok zorlaştırır;
Sıvı hidrojenin sıcaklığında, helyum dışındaki diğer gaz yabancı maddeleri katılaşmıştır (özellikle katı oksijen), bu da boru hattını tıkayabilir ve patlamaya neden olabilir.
4. Sıvı hidrojenin uygulama endüstrileri nelerdir?
Havacılık, havacılık, ulaşım, elektronik, metalurji, kimya endüstrisi, gıda, cam ve hatta sivil yakıt departmanları gibi hidrojene ihtiyaç duyulan yerlerde sıvı hidrojen kullanılabilmektedir. Hidrojen tıbbı açısından tıbbi sıvı hidrojen, hidrojen açısından zengin su makineleri, hidrojen açısından zengin su bardakları ve büyük yerlerdeki hidrojen emme cihazları için hidrojen sağlayabilir. Şu anda ülkemde sıvı hidrojenin en yaygın kullanıldığı alan havacılıktır.
Hidrojen depolama alanında sıvı hidrojenin değeri esas olarak aşağıdaki yönlerde ortaya çıkar. Her şeyden önce sıvı hidrojen, sıradan gazlı hidrojenden daha küçük bir hacim gerektirir, bu da depolama yerlerini ve nakliye maliyetlerini büyük ölçüde azaltabilir. İkincisi, sıvı hidrojen, nihai kullanım etkisini etkileyecek oksijen ve nitrojen gibi safsızlıklar üretecek gaz halindeki hidrojenden farklı olarak kalite açısından daha saftır. Hidrojenin depolanması ve taşınması alanında sıvı hidrojenin geliştirilmesi, aynı zamanda hidrojenin sanayileşmesinin iyileştirilmesine ve birçok alanda hidrojen enerjisinin uygulama aralığının genişletilmesine de yardımcı olmaktadır.
