ciclo do enxofre-iodo - Sulfur–iodine cycle

diagrama simplificado do ciclo do enxofre-iodo

O ciclo de enxofre-iodo (S-I ciclo) é uma de três passos ciclo termoquímico usadas para produzir hidrogénio .

O ciclo S-I consiste de três reacções químicas , cuja reagente líquido é água e cujos produtos líquidos são hidrogénio e oxigénio . Todos os outros produtos químicos são reciclados. O processo de S-I requer uma fonte de calor eficiente.

Descrição do processo

H 2 O ½O 2
↓ ↑
I 2 → reacção 1 ← SO 2 + H 2 O ← Separado
↑ ↓ ↑
2HI ← Separado → H 2 SO 4 → reacção 2
↓
H 2

As três reacções que produzem hidrogénio são como se segue:

  1. I 2 + SO 2 + 2 H 2 O calor → 2 HI + H 2 SO 4 (120 ° C); reacção de Bunsen
    • A HI é, então, separado por destilação ou a separação gravítica líquido / líquido.
  2. 2 H 2 SO 4 calor → 2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 (830 ° C (1530 ° F))
    • A água, SO 2 e H residual 2 SO 4 deve ser separado do subproduto oxigénio por condensação.
  3. 2 HI → I 2 + H 2 (450 ° C)
    • Iodo e qualquer água que acompanha ou SO 2 são separadas por condensação , e o produto de hidrogénio mantém-se como um gás.
Reacção Líquido: 2 H 2 O → 2H 2 + O 2

Os enxofre e iodo compostos são recuperados e reutilizados, por conseguinte, a consideração do processo como um ciclo. Este processo S-I é um produto químico motor de calor . Calor entra no ciclo em alta temperatura endotérmicos reacções químicas 2 e 3, e o calor sai do ciclo na baixa temperatura exotérmica de reacção 1. A diferença entre uma entrada do calor e deixar o ciclo sai do ciclo na forma do calor de combustão do hidrogénio produzido.

Vantagens e desvantagens

As características do processo de S-I pode ser descrita como se segue:

  • Todos os fluidos (líquidos, gases) do processo, portanto, bem adequado para uma operação contínua;
  • Alta utilização de calor previsto (cerca de 50%), mas muito altas temperaturas exigidas (pelo menos, 850 ° C);
  • sistema completamente fechado sem derivados ou efluentes (além do hidrogénio e de oxigénio);
  • reagentes corrosivos utilizados como intermediários (iodo, dióxido de enxofre, ácido iodídrico, ácido sulfúrico); Portanto, os materiais avançados necessários para a construção do aparelho de processo;
  • Adequada para aplicação com energia solar, nuclear, e híbrido (por exemplo, a energia solar fóssil) fontes de calor;
  • Mais desenvolvido do que os processos termoquímicos competitivos (mas ainda requer um desenvolvimento significativo para ser viável em grande escala).

Pesquisa

O ciclo de S-I foi inventado pelo General Atomics na década de 1970. A Agência de Energia Atómica Japão (JAEA) realizou experiências bem sucedidas com o ciclo S-I no hélio arrefecida alta temperatura de ensaio Reactor , um reactor que atingiu primeiro criticalidade em 1998, JAEA tem a aspiração de usar mais nuclear de alta temperatura IV reactores geração para a produção de quantidades à escala industrial de hidrogénio. (Os japoneses referem-se ao ciclo de como o ciclo é.) Planos têm sido feitas para testar sistemas automáticos em larga escala para a produção de hidrogénio. Sob um acordo Iniciativa Internacional de Pesquisas Energéticas e Nucleares (INERI), o francês CEA , General Atomics e Sandia National Laboratories estão desenvolvendo em conjunto o processo de enxofre-iodo. A pesquisa adicional está ocorrendo no Laboratório Nacional de Idaho , no Canadá, Coréia e Itália.

desafio de materiais

O ciclo S-I envolve operações com produtos químicos corrosivos a temperaturas até cerca de 1000 ° C (1830 ° F). A selecção de materiais com suficiente resistência à corrosão sob as condições do processo é de importância essencial para a viabilidade económica deste processo. Os materiais sugeridos incluem as seguintes classes: os metais refractários, metais reactivos, superligas , cerâmicas, polímeros, e revestimentos. Alguns materiais sugeridos incluem ligas de ttalo, ligas de nióbio, metais nobres, os aços de alta silício, vários à base de níquel superligas , mulite , carboneto de silício (SiC), de vidro, de nitreto de silício (Si 3 N 4 ), e outros. Pesquisas recentes sobre protótipos em escala sugere que novas tecnologias de superfície tântalo pode ser uma forma técnica e economicamente viável para fazer instalações de maior escala.

economia do hidrogênio

O ciclo de enxofre-iodo tem sido proposta como uma forma para fornecer hidrogénio para uma economia baseada no hidrogénio . Não requer hidrocarbonetos como os métodos actuais de reformação por vapor , mas necessita de calor de combustão, reacções nucleares, ou concentradores de calor solares.

Veja também

notas de rodapé

Referências

  • Paul M. Mathias e Lloyd C. Brown "termodinâmica do ciclo do enxofre-Iodo para a produção de hidrogênio termoquímica", apresentados na 68ª Reunião Anual da Sociedade de Engenheiros Químicos, Japão 23 de Março de 2003. (PDF) .
  • Atsuhiko Terada; Jin Iwatsuki, Shuichi Ishikura, Hiroki NOGUCHI, Shinji Kubo, Hiroyuki OKUDA, Seiji Kasahara, Nobuyuki Tanaka, Hiroyuki OTA, Kaoru Onuki e Ryutaro Hino, "Desenvolvimento de Tecnologia de Produção de Hidrogênio, dividindo Thermochemical água é o plano piloto de teste de Processo", Journal of Nuclear ciência e Tecnologia, vol.44, No.3, p. 477-482 (2007). (PDF) .

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