Loading...
 
Page actions
PDF Print

Výroba vodíku z fosilních paliv

V průmyslu se vodík vyrábí třemi nejrozšířenějšími způsoby: Parní reforming, parciální oxidace, zplyňování uhlí. Dalším způsobem je pak elektrolýza vody.

Parní reforming

Hlavní surovinou pro výrobu vodíku touto metodou je zemní plyn (methan), který reaguje s vodní parou.
Primární parní reforming probíhá za teploty 700 až 900 °C a při tlaku 2 až 4 MPa. Jako katalyzátor se používá nikl nanesený na porézním nosiči (Al2O3, MgO a jiné). Předehřátá vodní pára je spolu s uhlovodíky vedena do reaktoru, kde reaguje podle rovnice (1).

CH4 + H2O = CO + 3 H2
(1)

Vzniklé produkty jsou následně ochlazeny a vedeny do nízkoteplotního reaktoru (180 až 230 °C), kde probíha tzv. „water-gas shift“ reakce (rov. 2). Při této reakci dochází ke snížení koncentrace oxidu uhelnatého až na 0,2 - 0,3 % obj.

CO + H2O = CO2 + H2
(2)

Nevýhodou tohoto procesu je nutnost předúpravy suroviny odsířením, aby nedocházelo k poškození katalyzátoru.

Obrázek 1: Průmyslová výroba vodíku parním reformingem. Reuter, Benjamin & Faltenbacher, Michael & Schuller, Oliver & Whitehouse, Nicole & Whitehouse, Simon. (2017). New Bus ReFuelling for European Hydrogen Bus Depots - Guidance Document on Large Scale Hydrogen Refuelling.
Obrázek 1: Průmyslová výroba vodíku parním reformingem. Reuter, Benjamin & Faltenbacher, Michael & Schuller, Oliver & Whitehouse, Nicole & Whitehouse, Simon. (2017). New Bus ReFuelling for European Hydrogen Bus Depots - Guidance Document on Large Scale Hydrogen Refuelling.

Parciální oxidace

Mezi hlavní suroviny v tomto procesu patří zemní plyn a ropa. Reakce probíhá v reaktoru při nedostatečném množství kyslíku rovnice (3) a rovnice (4) za teploty 1400 °C a při tlaku 8 MPa. Jelikož jsou obě rovnice exotermní (uvolňuje se při nich teplo), a reaktor se tím pádem zahřívá, musí se růst teploty regulovat přidáním vodní páry rovnice (5).

CnHm + n/2 O2 = n CO + m/2 H2
(3)
CnHm + n O2 = n CO2 + m/2 H2
(4)
CnHm + n H2O = n CO + (m/2 + n) H2
(5)


Výhodou tohoto procesu je absence katalyzátoru, a tím pádem i možnost použití paliva obsahujícího katalytické jedy. Z důvodu nepřítomnosti katalyzátoru však musí celý proces probíhat při vyšších teplotách a za zvýšeného tlaku, což zvyšuje finanční nároky výroby vodíku touto metodou.

Obrázek 2: Průmyslová výroba vodíku parciální oxidací. https://www.globalsyngas.org/syngas-production/partial-oxidation/
Obrázek 2: Průmyslová výroba vodíku parciální oxidací. https://www.globalsyngas.org/syngas-production/partial-oxidation/

Zplyňování uhlí

Jako nejekologičtější způsob výroby vodíku z fosilních paliv se jeví zplyňování uhlí. Při této metodě pevné palivo reaguje za vysokých teplot (800 - 1200 °C) a tlaků (0,1 – 4 MPa) s vodní párou a vzduchem (kyslíkem) za vzniku vodíku, oxidu uhelnatého, oxidu uhličitého a dalších plynů. Rov. 6, 7, 8 a 9.

C + 12 O2 = CO
(6)
CO + H2O = CO2 + H2
(7)
C + H2O = CO + H2
(8)
CnHm + n H2O = n CO + ( m2 + n) H2
(9)


Oproti spalování má zplyňování uhlí několik výhod. Při procesu vzniká jen nepatrné množství plynů NOx a SOx. Síra obsažená v palivu se přeměňuje na sulfan, který se ze směsi snadno odstraní jednou z již známých a dostupných technik (absorpce v methanolu, reakcí s K2CO3 a další).
Při použití kyslíku jako reakčního plynu koncentrace plynů NOx klesá až na 15 ppm. Vzniká tak čistý koncentrovaný proud CO2, který se odděluje snadněji a levněji než plyn zředěný oxidy dusíku vznikajícími například při spalování uhlí.

Obrázek 3: Průmyslová výroba vodíku zplynováním uhli. https://www.worldcoal.org/reducing-co2-emissions/gasification
Obrázek 3: Průmyslová výroba vodíku zplynováním uhli. https://www.worldcoal.org/reducing-co2-emissions/gasification

Všechny výše zmiňované procesy využívají pro výrobu vodíku neobnovitelné zdroje energie. V dnešní době je však ve vyspělých zemích patrná výrazná tendence využívat zdroje alternativní, ekologičtější.

Menu