Способы получения водорода

Практически ни один технологический процесс в области производства и последующего использования водорода не обходится без использования компрессорного или насосного оборудования. Дожимные компрессоры входят как в состав воздухоразделительных установок криогенного типа, так и в мембранные и адсорбционные установки для получения водорода. Производство, разделение, перекачивание, наполнение – это оборудование необходимо на всех стадиях работы с водородом.

В 2013 г. объем производства водорода в России приблизился к 4,5 млн тонн (свыше 53 млрд м ³ ), или 8% от общемирового объема. Водород не является товарным продуктом: после производства большая часть водорода используется на месте производства.

В промышленных масштабах водород получают и выделяют различными способами, которые можно разделить на химические, электрохимические, физические.

Химические методы

Основной объем водорода получают на химических и нефтехимических предприятиях посредством каталитической конверсии природного газа и метана.

В этом случае крупнейшими рынками являются обогащение природного топлива, например, крекинг в водородной среде и производство аммиака, преимущественно для рынка удобрений. Конверсионные установки входят в состав комплексов по производству аммиака и метанола.

Получение водорода из природного газа

Основа – конверсия метана (основной компонент природного газа, СН₄) с водяным паром. В итоге получается обратимая смесь, которая называется синтез-газом. Условия протекания процесса: никелевый катализатор и 1000°С

Процесс проходит поэтапно: на первой стадии применяется паровой риформинг метана горячим паром.

Затем происходит конверсия оксида углерода:

СH ₄ + H ₂ O→CO + 3H ₂

Пропускание паров поды над раскаленным коксом (Т = 1000 °С):

H₂O + C = H₂ ↑+ CO,

Реакция обратима!

Смесь (Н₂, СО и Н₂О) называется водяным газом.

А на 2-ой стадии водяной газ пропускают над оксидом железа (III) при температуре около 450°С:

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂↑,

Часто эту реакцию называют реакцией сдвига.

Глубокое охлаждение коксового газа

При процессе коксования каменного угля получают три фракции: твердую – кокс, жидкую – каменноугольную смолу - и газообразную, содержащую, помимо углеводородов, молекулярный водород (около 60%).

Эту фракцию подвергают сверхглубокому охлаждению после того, как обработают специальным веществом, что дает возможность отделить от примесей водород.

Электрохимические методы

Также можно получить водород из воды путем электролиза, но эта операция в промышленных масштабах более дорогостояща по сравнению с производством водорода из природного газа.

Компактные электролизеры применяются на предприятиях пищевой и стекольной промышленности, металлургии, ТЭЦ, АЭС и других объектах.

2Н ₂ О →O ₂ + 2H ₂

Суммарный объем производства электролизного водорода в России не превышает 10%.

Физические методы

Физические методы – извлечение водорода из смеси газов - применяются на НПЗ и некоторых химических комбинатах. В зависимости от требований к чистоте и объему извлекаемого водорода, на практике применяют один из трех методов газоразделения:

- Короткоцикловая адсорбция.

- Мембранные технологии.

- Криогенная очистка.

Доля водорода, получаемого физическими методами на российских предприятиях, оценивается в 5-6%.