Получение водорода из природного газа

Применение водорода и его получение не из природного газа

Водород сегодня используется во многих отраслях промышленности. Основные объемы водорода используются в:

1. Химической промышленности. В данной отрасли промышленности используется 54 % получаемого водорода для производства аммиака. Полученный таким образом аммиак используется для изготовления удобрений, взрывчатых веществ, пластмассы и т.п.
2. Нефтяной промышленности. В данной отрасли промышленности используется 35 % получаемого водорода. Он применяется для осуществления процессов гидроочистки и гидрокрекинга, с целью увеличения качества готовой продукции, а также глубины переработки нефтяного сырья.
3. Пищевой промышленности. В данной отрасли промышленности водород используется для производства маргарина и пищевых добавок Е949.
4. Косметической промышленности. В данной отрасли промышленности водород используется для производства мыла и других косметических средств.
5. Транспортной промышленности. В данной отрасли промышленности водород используется для изготовления топлива для автомобилей на водородных элементах (Toyota Mirai, Hyundai Nexo и другие).
6. Метеорологии. В данной отрасли промышленности водородом заполняются оболочки метеозондов.
7. Топливной промышленности. В данной отрасли промышленности водород используется для производства ракетного топлива.
8. Энергетической промышленности. В данной отрасли промышленности водород используется в качестве охладителя для электрических генераторов.

Методом получения водорода не из природного газа являются электролиз воды. Данный процесс производства водорода заключается в разложении воды на два элемента – кислород и водород, формула выглядит следующим образом: $2H_2O = 2H_2+O_2$. Всего на такой способ получения водорода приходится около 5 % от общего объема. Самым старым методом получения водорода является газификация угля. Метод заключается в одновременном воздействии на уголь кислородом и водяным паром. Еще одним способом получения водорода не из природного газа является биохимическое расщепление воды. Метод основан на получении водорода в специальных фотобиореакторах при помощи водорослей.

Получение водорода из природного газа

Получение водорода из природного газа осуществляется следующими основными способами:

1. Парокислородная конверсия метана.
2. Крекинг метана.
3. Пиролиз природного газа.

Основным компонентом природного газа является метана. Метан представляет собой большую молекулу, которая состоит из атома углерода и четырех атомов водорода. Так как метан сильно «обогащен» водородом, то получение из него водорода является самым рентабельным способом. Процесс отделения водорода от углерода осуществляется в химических паровых реформерах с подводом теплоты при температуре до 8500 градусов по Цельсию через стенку трубы на каталитических поверхностях, которые изготавливаются из корунда, никеля и других материалов. В результате подвода теплоты протекает следующая химическая реакция:

$CH_4 + H_2O = CO + 3H_2$

Далее протекает реакция с «угарным газом», которая выглядит следующим образом:

$CO + H_2O = CO + H_2$

Себестоимость такого способа получения водорода составляет около 2-7 долларов за 1 килограмм водорода. Также иногда вместе с паром в установку подается кислород, процессы аналогичные, за исключением того, что при подаче кислорода также происходит реакция окисления метана кислородом:

$CH_4 + O_2 = 2CO + 3H_2$

При таком процессе тепловой эффект равен нулю.

В настоящее время уже разработан мембранный проточный аппарат, с помощью которого можно получать водород с чистотой почти 100%, при конверсии чистота кислорода составляет около 72 %.

Крекинг метана заключается в нагреве сжиженного метана температурой от 1000 до 1400 градусов по Цельсию. В результате нагрева метан разлагается на карбон и гидроген. Данный способ отличается от конверсии своей простотой. Недостаток его заключается в высоком уровне пожароопасности процесса, а также в высокой стоимости необходимого оборудования.

Пиролиз природного газа производится с разделение и одновременным удалением из зоны, где протекает процесс, твердых фракции (кокс, сажа) и газовой фракции (водорода), при температуре от 900 до 1900 градусов по Цельсию. Время пребывания исходного газа в теплообменнике регулируется с помощью изменения его масс-объемного состояния. Преимуществами этого способа являются: низкая себестоимость конечного продукта, использование не дефицитного сырья, отсутствие вредного воздействия на окружающую среду.