Halogen-Mediated Methane Pyrolysis for CO2-Free Hydrogen Production

甲烷 卤素 热解 制氢 化学 生产(经济) 无机化学 有机化学 宏观经济学 经济 烷基
作者
Ji Qi,Eric W. McFarland
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.3c04780
摘要

While low-cost natural gas resources remain abundant, a cost-effective option for the production of hydrogen without direct carbon dioxide emissions is pyrolysis, whereby a hydrocarbon is thermochemically decomposed into hydrogen and solid carbon. A major engineering challenge is providing the large quantities of heat required for the endothermic reaction. We report results for a pyrolysis process in which methane is reacted with sufficient chlorine or bromine such that the partial oxidation reaction to form solid carbon is autothermal, with higher reaction rates and higher equilibrium conversion than with methane alone. The autothermal reaction of 1:1 CH4/Br2 has an equilibrium methane conversion of over 95%, and the results demonstrate over 80% methane conversion in equimolar chlorine or bromine at 950 °C. No catalyst is required; however, in the process, hydrogen and hydrogen halides produced must be separated and the halogen must be regenerated by electrolysis or chemical oxidation. The CO2-free hydrogen cost of production for the halogen-mediated methane pyrolysis process is estimated to be $2.2–$2.4/kg H2, which is lower than that for water electrolysis ($3.5/kg H2) and comparable to conventional methane reforming combined with carbon capture and sequestration ($2.4/kg H2).

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