Общие сведения о технологии получения водорода

Наиболее распространенным и экономичным способом получения во-дорода является паровая каталитическая конверсия легких углеводородов (С₁-С₇) в трубчатых печах. Для получения водорода чистотой 95-98% используют процессы конверсии углеводородов, конверсии СО, отмывки СО₂, метанирования остаточных оксидов углерода. Водород с чистотой 99% синтезируют методом криогенной очистки. Для получения водорода более высокой степени чистоты (99,99%), газ после конверсии подают на адсорбционную или мембранную очистку, где из него удаляются практически все примеси. Установки всех трех типов широко используют в промышленности.

Мембранная технология получения водорода высокой степени чистоты во многом основана на фундаментальных работах российской школы В.М. Грязнова.

Получение 95-98%-го водорода. В зависимости от дальнейшего использования водород получают под различным давлением: от 1,0 до 4,2 МПа.

Получение водорода высокой степени чистоты. В настоящее время широкое распространение получили установки для производства водорода высокой степени чистоты на базе паровой конверсии углеводородов и адсорбционного разделения конвертированного газа.

Сырье подогревается, очищают от серы и направляют в печь конверсии, откуда при температуре ~1123 К конвертированный газ поступает в котел-утилизатор, а затем дополнительно охлаждается в теплообменниках и поступает в конвертор СО.

В отличие от предыдущей схемы конверсия СО здесь одноступенчатая. Газовая смесь, содержащая Н₂, СО₂, СН₄, Н₂О и небольшое количество СО, охлаждается для удаления воды и направляется в адсорбционные аппараты, заполненные цеолитами. Все примеси адсорбируются в одну ступень при температуре окружающей среды. В результате получают водород со степенью чистоты 99,99%. Давление получаемого водорода составляет 1,5-2,0 МПа.

Термоконтактные методы получения водорода. Метод заключается в термическом разложении углеводородного сырья до углерода и водорода при температуре ~ 1573 К на инертной насадке или при 1173-1223 К на катализаторах. Промышленный процесс состоит из двух стадий: на первой стадии протекает распад углеводородов, на второй – сжигание выделившегося кокса. Процесс проводится в периодическом режиме. Широкого распространения он не получил.

Электролиз воды. Это единственный промышленный способ получения водорода, не основанный на использовании углеводородов. Электролиз воды выгодно отличается от других методов получения водорода простотой и надежностью технологической схемы, но он обладает большой энергоемкостью: в современных методах электролиза воды под давлением расходуется 55-65 тыс. кВт-ч электроэнергии на 1 т водорода. Электролиз воды для крупномасштабных производств может быть конкурентоспособным только при наличии дешевой электроэнергии.

Выделение водорода как побочного продукта других реакций. Во многих процессах нефтепереработки и нефтехимии образуются отходящие газы со значительным содержанием водорода.

В процессе каталитического риформинга образуется водород в количестве 0,7-2,3% (мас.) в расчете на превращенное сырье. При производстве ацетилена на 1 т его получается 11 000-14 000 м³ газа, состоящего в основном из оксида углерода и водорода. При производстве этилена получают метан-водородную фракцию с содержанием водорода 90-95%.

Лекция № 4

Дата добавления: 2014-01-20