De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Case: laten we een bijdrage leveren aan het Kyoto-convenant CO 2 problematiek: diffuse emissie, geen opvang mogelijk opvang is wel mogelijk bij geconcentreerde.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Case: laten we een bijdrage leveren aan het Kyoto-convenant CO 2 problematiek: diffuse emissie, geen opvang mogelijk opvang is wel mogelijk bij geconcentreerde."— Transcript van de presentatie:

1 Case: laten we een bijdrage leveren aan het Kyoto-convenant CO 2 problematiek: diffuse emissie, geen opvang mogelijk opvang is wel mogelijk bij geconcentreerde CO 2 emissie

2 De opdracht: verlaag de diffuse CO 2 emissie bij huishoudelijk gebruik zet een gedeelte van het aardgas om in H 2 en CO 2, meng het H 2 (tot 10 %) in het aardgas gebruik het CO 2 voor andere doelen, of sla het op in uitgeputte aardgasvelden vraag: schat af of dit energetische nonsens is

3 Aardgas Samenstelling: CO 2 : 0,9 % N 2 :14,4 % CH 4 :81,4 % C 2 H 6 : 2,7 % C 3 H 8 : 0,4 % C 4 H 10 : 0,2 % verbrandingswarmte:54,626 MJ/kg ontbrandingstemperatuur:670 0 C

4 Verschillende industriële manieren om waterstof te produceren stoom reforming: 2C n H m +2n H 2 O  2n CO + (m+2n) H 2 partiele oxidatie koolwaterstoffen: 2C n H m +n O 2  2n CO + m H 2 partiele oxidatie residuen: 2CH m +2n H 2 O + (2-n)O 2  2 CO 2 + (m+2n) H 2 electrolyse: 2 H 2 O  O H 2

5 We kiezen voor stoom reforming Klassiek proces: CH 4 + H 2 O  3H 2 + CO vergelijk met de methanolfabriek CO kan gebruikt worden als stookgas katalytische reactor bij 1200 K verwaarloos in eerste instantie de verliezen

6 Analyse van het probleem Hoeveel H 2 heb ik nodig om 1 mol CH 4 te vervangen in het aardgas (bij gelijkblijvende verbrandingswaarde)? Hoeveel aardgas heb ik nodig om deze waterstof te maken? Wat zijn de enthalpiestromen bij deze productie? Wat zijn mijn energetische verliezen? Is dit de moeite waard? We nemen dus als rekengrootheid 10 mol CH 4 en vervangen hiervan 1 mol door H 2

7 Eerst een intermezzo over enthalpie* In dit voorbeeld beschouwen wij enthalpie als de energie-inhoud van een stof. Wij bekijken drie bijdragen tot de enthalpie: chemische (verbrandings-) enthalpie temperatuur- enthalpie verdampings - enthalpie * Dit is een beetje te simpel, maar goed genoeg voor dit moment. intermezzo

8 Chemische Enthalpie de chemische enthalpieën voor de technologen: (in tegenstelling tot de andere chemici) methaan kool-monoxide waterstof intermezzo Eenvoudig op te zoeken b.v. in BINAS wij kennen een enthalpie van nul toe aan lucht (O 2 ) en verbrandingsprodukten bij 298 K

9 Temperatuur-enthalpie voor (vloeibaar) water is de soortelijke warmte: de molaire warmtecapaciteit is: gebruiken wij verder niet voor de andere stoffen in ons proces zijn de c p ’s lager; wij gebruiken voor het gemak dezelfde waarde voor alle stoffen: intermezzo

10 Temperatuur-enthalpie (3) dus helling (het is gebruikelijk om de temperatuur-enthalpie van een stof op 298 K gelijk aan nul te stellen) intermezzo

11 de enthalpie van stoom is groter dan die van water: bij 298 K is dit 44 kJ / mol. Verdampings-enthalpie intermezzo

12 Samengevat: Chemische enthalpieën: CH 4 :894 kJ/mol CO:279 kJ/mol H 2 :284 kJ/mol Overige gegevens: C p H 2 0 (l) = 75 J/mol.K C p overig = 40 J/mol.K H vap H 2 O = 44 kJ/mol

13 Fabrieksschema voor de H 2 productie H2H2 (overmaat) H 2 O CH 4 CO reformer QwQw H 2 O (l) + CH 4  CO + 3H 2 2CO + O 2  2CO 2 CH 4 + 2O 2  2H 2 O (g) + CO 2 Reacties: O 2 CH 4 CO 2 H 2 O fornuis Waarom een overmaat H 2 O?

14 Eerst de enthalpiestromen van de reformer Gelijke verbrandingswaarde voor toegevoegd H 2 en verwijderd CH 4 CH 4 H c = 894 kJ/mol H 2 H c = 284 kJ/mol totaal nodig 894/284 = 3,15 mol H 2 H 2 O + CH 4  CO + 3H 2 Totaal nodig aan CH 4 : 1,05 mol + fornuis Hoeveel H 2 heb ik nodig om 1 mol CH 4 te vervangen in het aardgas?

15 Enthalpiebalans (1) 1,05 H 2 O 1,05 CH 4 3,15 H 2 1,05 CO reformer Qw?Qw? in uit stof CH 4 H 2 O (l) CO H2H ,05 3, ,7 Q w = 1338, ,7 = 400,1 kW H 2 O + CH 4  CO + 3H ,8

16 Enthalpiebalans van het fornuis in uit stof CH 4 O2O2 CO CO 2 O 2 ? CH 4 CO 2 H 2 O 1,05 CO fornuis 400,1 MW H2OH2O x 2x+0,53 1,05 x+1,05 2x 400 = 894x x x -44  x = 0,22 mol 894x 0 330,8 36(x+1,05) 72x CO + O 2  2CO 2 CH 4 + 2O 2  2H 2 O + CO 2

17 Totaal rendement H 2 O + CH 4  CO + 3H 2 2CO + O 2  2CO 2 CH 4 + 2O 2  2H 2 O + CO 2 H 2 O CH 4 O 2 CH 4 H2H2 CO 2 H 2 O CO reformer fornuis QwQw Conclusies: ter vervanging van 1 mol CH 4 in aardgas heb ik nodig: 1,05 mol CH 4 voor de reformer 0,22 mol CH 4 voor het fornuis 1,27 mol totaal  theoretisch rendement = 1/1,27 = 79% N.b. door het H 2 O te recyclen kan dit verhoogd worden tot 81% +

18 Maar………. We hadden 10 mol CH 4, d.i. 240 liter (1 bar, 20 0 C) ofwel 160 gram Hierin vervangen we 1 mol CH 4 door H 2 hiervoor was 3,15 mol H 2 nodig We hebben nu dus in totaal 12,15 mol “vergroend aardgas” d.i. 292 liter (1 bar, 20 0 C) ofwel 150 gram Voor gelijkblijvend volumetrisch transport moeten de druk in de leidingen met 21.5 % verhogen ……Of we moeten het N 2 gehalte verminderen (minder NO x )

19 Wat doe je met het opgevangen CO 2 ? tuinbouw (omzetten van CO 2 in tomaten) koelelementen isolatieschuim frisdranken polycarbonaat productie opslaan in uitgeputte gasvelden Kun je bedenken wat hierbij het probleem is ? Hoe kun je dit oplossen ?

20 Verdere problemen? De doorlaatbaarheid van PE voor H 2 is veel hoger dan van PVC (± 3 orden van grootte) Het lage-druk gasnet bestaat uit PVC buizen In het hoge-druk gasnet zitten ook PE buizen Alternatieven? Korte termijn:Separaat H 2 net naar de LD verdeelstations Lange termijn:HD-net: PE buizen coaten met EVOH

21 Voordelen van separaat H 2 net Infrastructurele ontwikkeling van een H 2 technologie aansluiten van producenten aansluiten van verbruikers Schoner transport stimulering waterstof-auto’s geen vervoer van grote hoeveelheden H 2 over weg en spoor

22 Conclusies van de case “schoon fossiel”: Vervang 10 % van het CH 4 door H 2 10 % reductie in diffuse CO 2 emissie 2 % energieverlies verbrandingswaarde/m 3 corrigeren met drukverhoging …of corrigeren met N 2 variatie stringente veiligheidsanalyse en netaanpassingen nodig


Download ppt "Case: laten we een bijdrage leveren aan het Kyoto-convenant CO 2 problematiek: diffuse emissie, geen opvang mogelijk opvang is wel mogelijk bij geconcentreerde."

Verwante presentaties


Ads door Google