Найти эксперта
Применение водорода и его получение не из природного газа
Водород – это самый легкий химический элемент периодической системы.
Водород сегодня используется во многих отраслях промышленности. Основные объемы водорода используются в:
- 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.
- 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.
- Пищевой промышленности. В данной отрасли промышленности водород используется для производства маргарина и пищевых добавок Е949.
- Косметической промышленности. В данной отрасли промышленности водород используется для производства мыла и других косметических средств.
- Транспортной промышленности. В данной отрасли промышленности водород используется для изготовления топлива для автомобилей на водородных элементах (Toyota Mirai, Hyundai Nexo и другие).
- Метеорологии. В данной отрасли промышленности водородом заполняются оболочки метеозондов.
- Топливной промышленности. В данной отрасли промышленности водород используется для производства ракетного топлива.
- 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
Природный газ – это большое скопление газов в недрах Земли, которые образовались в результате анаэробного разложения органических веществ
Получение водорода из природного газа осуществляется следующими основными способами:
- Парокислородная конверсия метана.
- Крекинг метана.
- 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.
Найти эксперта
