Den første tekniske anvendelse af hydrogen var til fyldning af balloner (J.A.C. Charles, 1783). Hydrogenet blev fremstillet ved reaktion mellem jernfilspåner og svovlsyre. Da leverancerne af svovl var knappe under Frankrigs krige, var der behov for en anden metode. Den blev udviklet af Jean-Marie Joseph Coutelle (1748-1835) i 1794 og benytter omsætningen mellem vanddamp og jern: 3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2. Denne proces blev i lang tid den vigtigste metode til teknisk fremstilling af hydrogen.
hydrogen (teknisk fremstilling og anvendelse)
Hydrogen. Steamreforming er den mest almindelige proces til fremstilling af hydrogen. Kernen i processen er reformingovnen, der indeholder lodrette, katalysatorfyldte rør, hvortil stærk varme fra brændere tilføres. Den viste ovn er projekteret af Haldor Topsøe A/S og indgår i et naftabaseret hydrogenanlæg i Asien. Hydrogenet anvendes her hovedsageligt til fjernelse af svovl i brændstoffer.
Fremstillingsprocesser
Da Haber-Boschs metode til fremstilling af ammoniak (se ammoniak) skulle udvikles industrielt, blev der til fremstillingen af hydrogen anvendt vandgas (en blanding af hydrogen og carbonoxider), der fås ved reaktion mellem koks og vanddamp. Ved fremstillingen af koks opstår der en hydrogenrig koksovnsgas. Den kan efter rensning fraktioneres ved en afkølingsproces. Frem til ca. 1950 leverede koksovnsgas sammen med vandgas næsten al hydrogen til produktion af ammoniak og hydrogenering af kul.
Fremstilling af hydrogen ved elektrolytisk spaltning af vand vandt teknisk udbredelse fra 1893, men det første rigtig store tekniske anlæg kom så sent som i 1927 hos Norsk Hydro.
Den i dag mest benyttede metode til fremstilling af hydrogen er den såkaldte steamreformingproces, hvor carbonhydrider katalytisk omsættes med vanddamp til en blanding af hydrogen, carbonoxider og methan. Det første anlæg kom i drift i 1930 i USA, og det anvendte methan (naturgas) ved atmosfærisk tryk. Den senere udvikling er gået i retning af højere carbonhydrider (carbonhydrider med et højt antal carbonatomer) og højere tryk.
Går man til højere carbonhydrider end nafta, kan man ikke gennemføre steamreformingprocessen. I stedet må man foretage en partiel oxidation med ren oxygen. Denne proces, der ikke behøver katalysatorer, kan også gennemføres med kulstøv opslæmmet i vand.
Ved de forskellige forgasnings- og steamreformingprocesser opstår gasser, der ud over hydrogen indeholder carbonmonoxid, carbondioxid og methan. Der er nu et rigt udvalg af processer og kombinationer heraf til fremstilling af mere eller mindre ren hydrogen. Det normale procesvalg er først at lade carbonmonoxid reagere med vanddamp til hydrogen og carbondioxid: CO + H2O → CO2 + H2, hvorefter CO2 udvaskes. Resterende mængder af carbonoxider kan derefter reagere med hydrogen til methan og vand. I en nyere proces benytter man molekylsier, som adsorberer de større molekyler, fx carbonmonoxid, men lader hydrogen slippe igennem (Pressure Swing Adsorption).
Anvendelse
De største anvendelser af hydrogen er til fremstilling af ammoniak og methanol. Andre betydelige anvendelser er til hydrering af kul, hærdning af fedtstoffer, afsvovling af olieprodukter og hydrogenering i talrige organisk-kemiske processer. Hydrogen anvendes også til autogensvejsning og i flydende form som drivmiddel for raketter.
Valget af proces ved fremstilling af hydrogen afhænger af kapacitet og mulige råstoffer. Elektrolytiske anlæg kan kun betale sig, hvis anlægget er lille, eller hvis elektricitet er ualmindelig billig. Når der er tale om større anlæg, bliver anlæggene dyrere, når man går fra de lette carbonhydrider til de højere. Især stiger prisen, når der skal bruges oxygen. Der produceres derfor mest hydrogen ved steamreforming af carbonhydrider; kun 4 procent hydrogen kommer fra elektrolyse og højst 1 procent fra andre processer, herunder steamreforming af methanol og krakning af ammoniak.
Hvis en virksomhed har behov for større mængder hydrogen, bliver den produceret på stedet. Alligevel er der et stort marked for hydrogen med tilhørende distributionsnet. Hydrogen transporteres normalt i flasker og tankvogne, men i Frankrig, Tyskland og USA også i rørledningsnet.
Kommentarer
Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.
Du skal være logget ind for at kommentere.