El ciclo azufre-yodo ( ciclo S – I) es un ciclo termoquímico de tres pasos que se utiliza para producir hidrógeno .
El ciclo S – I consta de tres reacciones químicas cuyo reactante neto es agua y cuyos productos netos son hidrógeno y oxígeno . Todos los demás productos químicos se reciclan. El proceso S – I requiere una fuente de calor eficiente.
Descripción del proceso
H 2 O | ½O 2 | |||||
↓ | ↑ | |||||
Yo 2 | → | Reaccion 1 | ← | SO 2 + H 2 O | ← | Separar |
↑ | ↓ | ↑ | ||||
2HI | ← | Separar | → | H 2 SO 4 | → | Reaccion 2 |
↓ | ||||||
H 2 |
Las tres reacciones que producen hidrógeno son las siguientes:
- I 2 + SO 2 + 2 H 2 O2 HI + H 2 SO 4 (120 ° C); Reacción de Bunsen
- Luego, el HI se separa mediante destilación o separación gravitacional líquido / líquido.
- 2 H 2 SO 4 2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 (830 ° C (1,530 ° F))
- El agua, el SO 2 y el H 2 SO 4 residual deben separarse del subproducto de oxígeno por condensación.
- 2 HI → I 2 + H 2 (450 ° C)
- El yodo y cualquier agua o SO 2 que lo acompañe se separan por condensación y el producto de hidrógeno permanece como un gas.
- Reacción neta: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
Los compuestos de azufre y yodo se recuperan y reutilizan, de ahí la consideración del proceso como un ciclo. Este proceso S – I es un motor térmico químico . El calor entra en el ciclo en las reacciones químicas endotérmicas de alta temperatura 2 y 3, y el calor sale del ciclo en la reacción exotérmica de baja temperatura 1. La diferencia entre el calor que entra y sale del ciclo sale del ciclo en forma de calor de combustión del hidrógeno producido.
Caracteristicas
Ventajas:
- Todo el proceso de fluidos (líquidos, gases), por lo tanto, muy adecuado para un funcionamiento continuo
- Se prevé una alta utilización del calor (alrededor del 50%)
- Sistema completamente cerrado sin subproductos ni efluentes (además de hidrógeno y oxígeno)
- Adecuado para aplicaciones con fuentes de calor solares, nucleares e híbridas (p. Ej., Fósiles solares)
- Más desarrollado que los procesos termoquímicos competitivos
Desventajas:
- Se requieren temperaturas muy altas (al menos 850 ° C)
- Reactivos corrosivos utilizados como intermediarios (yodo, dióxido de azufre, ácido yodhídrico, ácido sulfúrico); por lo tanto, materiales avanzados necesarios para la construcción de aparatos de proceso
- Se requiere un desarrollo adicional significativo para que sea factible a gran escala
Investigar
El ciclo S – I se inventó en General Atomics en la década de 1970. [1] La Agencia de Energía Atómica de Japón (JAEA) ha realizado experimentos exitosos con el ciclo S – I en el reactor de prueba de alta temperatura enfriado por helio , [2] [3] [4] [5] un reactor que alcanzó la primera criticidad en 1998 , JAEA tiene la aspiración de utilizar más reactores nucleares de generación IV de alta temperatura para producir cantidades de hidrógeno a escala industrial. (Los japoneses se refieren al ciclo como el ciclo IS). Se han hecho planes para probar sistemas automatizados a mayor escala para la producción de hidrógeno. En virtud de un acuerdo de la Iniciativa Internacional de Investigación en Energía Nuclear (INERI), la CEA francesa , General Atomics y Sandia National Laboratories están desarrollando conjuntamente el proceso de azufre-yodo. Se están llevando a cabo investigaciones adicionales en el Laboratorio Nacional de Idaho , en Canadá, Corea e Italia.
Desafío material
El ciclo S – I involucra operaciones con químicos corrosivos a temperaturas de hasta aproximadamente 1,000 ° C (1,830 ° F). La selección de materiales con suficiente resistencia a la corrosión en las condiciones del proceso es de importancia clave para la viabilidad económica de este proceso. Los materiales sugeridos incluyen las siguientes clases: metales refractarios, metales reactivos, superaleaciones , cerámicas, polímeros y revestimientos. [6] [7] Algunos materiales sugeridos incluyen aleaciones de tantalio, aleaciones de niobio, metales nobles, aceros con alto contenido de silicio, [8] varias superaleaciones a base de níquel , mullita , carburo de silicio (SiC), vidrio, nitruro de silicio (Si 3 N 4 ), y otros. Investigaciones recientes sobre la creación de prototipos a escala sugieren que las nuevas tecnologías de superficie de tantalio pueden ser una forma técnica y económicamente viable de realizar instalaciones a mayor escala. [9]
Economía de hidrógeno
El ciclo del yodo-azufre se ha propuesto como una forma de suministrar hidrógeno para una economía basada en el hidrógeno . No requiere hidrocarburos como los métodos actuales de reformado con vapor, pero requiere calor de combustión, reacciones nucleares o concentradores de calor solar.
Ver también
Notas al pie
- ^ Besenbruch, G. 1982. Proceso de separación de agua termoquímica de yodo de azufre atómico general. Actas de la American Chemical Society, Div. Mascota. Chem., 27 (1): 48-53.
- ^ "Reactor de prueba de ingeniería de alta temperatura HTTR" . Httr.jaea.go.jp . Consultado el 23 de enero de 2014 .
- ^ https://smr.inl.gov/Document.ashx?path=DOCS%2FGCR-Int%2FNHDDELDER.pdf . Avances en energía nuclear Calor nuclear para la producción de hidrógeno: Acoplamiento de un reactor de muy alta / alta temperatura a una planta de producción de hidrógeno. 2009
- ^ Informe de estado 101 - Reactor de alta temperatura de turbina de gas (GTHTR300C)
- ^ VHTR DE JAEA PARA COGENERACIÓN DE HIDRÓGENO Y ELECTRICIDAD: GTHTR300C
- ^ Paul Pickard, Revisión del programa de hidrógeno del DOE del ciclo termoquímico de azufre-yodo 2005
- ^ Wonga, B .; Buckingham, RT; Brown, LC; Russ, BE; Besenbruch, GE; Kaiparambil, A .; Santhanakrishnan, R .; Roy, Ajit (2007). "Desarrollo de materiales de construcción en el proceso de desdoblamiento de agua termoquímica de azufre-yodo para la producción de hidrógeno". Revista Internacional de Energía de Hidrógeno . 32 (4): 497–504. doi : 10.1016 / j.ijhydene.2006.06.058 .
- ^ Hoja de información de Saramet Archivado el 14 de febrero de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ T. Drake, BE Russ, L. Brown, G. Besenbruch, "Aplicaciones de tantalio para uso en experimentos de azufre-yodo a escala", Reunión anual de otoño de 2007 de AIChE, 566a.
Referencias
- Paul M. Mathias y Lloyd C. Brown "Termodinámica del ciclo de azufre-yodo para la producción termoquímica de hidrógeno", presentado en la 68ª Reunión Anual de la Sociedad de Ingenieros Químicos, Japón 23 de marzo de 2003. (PDF) .
- Atsuhiko TERADA; Jin IWATSUKI, Shuichi ISHIKURA, Hiroki NOGUCHI, Shinji KUBO, Hiroyuki OKUDA, Seiji KASAHARA, Nobuyuki TANAKA, Hiroyuki OTA, Kaoru ONUKI y Ryutaro HINO, "Desarrollo de tecnología de producción de hidrógeno por división termoquímica de agua" IS Process Pilot Testclear. Ciencia y Tecnología, Vol.44, No.3, p. 477–482 (2007). (PDF) .
enlaces externos
- Hidrógeno: Nuestro futuro hecho con energía nuclear (en el número 9 de MPR Profile )
- Uso del reactor modular de helio para la producción de hidrógeno ( Simposio de la Asociación Nuclear Mundial 2003)