Справочник химика 21. Как получают в промышленности водород
Применение водорода в промышленности - Справочник химика 21
Современные крупные установки химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности (синтеза метанола, гидрирования нефтяных сред и др.) характеризуются применением аппаратуры, работающей при высоких давлениях и температурах до 550—600 °С, с применением водорода и его соединений в качестве одной из реакционных сред. Для изготовления этой аппаратуры используют преимущественно хромомолибденовые и хромистые стали. Стали с содержанием молибдена отличаются от углеродистых более высокими показателями механических свойств при повышенных температурах, поэтому рекомендуемая область их применения расширяется до 560 °С. Трубы из сталей с содержанием 5—8% хрома отличаются от труб из углеродистых ст.алей более высокой коррозионной стойкостью в серосодержащих средах, поэтому их часто применяют в теплообменных аппаратах даже при умеренных температурах, но при повышенной агрессивной активности сред. Стали, содержащие относительно небольшое количество хрома (0,5—11%), отличаются повышенной стойкостью к водородной коррозии. [c.215]
Для широкого применения водорода в энергетике и промышленности планируется его крупномасштабное производство из воды. Существующие и разрабатываемые способы производства водорода из воды следующие 1) электролиз воды 2) термохимические способы 3) комбинированные способы (термохимические и электрохимические). [c.78]
Поэтому водород применяют в металлургии для восстановления некоторых цветных металлов из их оксидов. Главное применение водород находит в химической промышленности для синтеза хлороводорода, для синтеза аммиака, идущего в свою очередь на производство азотной кислоты и азотных удобрений, для получения метилового спирта (см. разд. 29.10) и других органических соединений. Он используется для гидрогенизации жиров (см. разд. 29.14), угля и нефти. При гидрогенизации угля и нефти бедные водородом низкосортные виды топлива превращаются в высококачественные. [c.473]
Применение водорода. Основной потребитель водорода — химичес-ская промышленность. Огромные количества его (вместе с азотом) расходуются на синтез аммиака — исходного продукта для получения азотной кислоты и азотсодержащих минеральных удобрений. Следовательно, водород имеет большое сельскохозяйственное значение. Водород используют для гидрогенизации жидких жиров и получения более ценных твердых жиров, идуш,их на изготовление маргарина. Взаимодействием водорода с оксидом углерода (Н) (в присутствии катализаторов) синтезируют метанол 2Н2+СО=СНзОН. [c.276]
Как указывалось выше, развитие процессов каталитического риформинга создало обильные источники водорода, которые, несомненно, обеспечат потребности нефтепереработки на ближайшие несколько лет. Необходимо, однако, учитывать, что рост потребления водорода в нефтепереработке (например, для превращения нефтяных остатков) или в химической промышленности (нанример, для синтеза аммиака) может настолько увеличить общую потребность, что ресурсы побочного водорода -с установок каталитического риформинга окажутся совершенно недостаточными. Кроме того, водород, создающий высокую удельную тягу, может найти применение и в качестве ракетного топлива. Эта возможность становится более реальной в связи с разработкой процесса превращения нестабильного орто-водорода в стабильную пара-модификацию при помощи каталитического процесса с использованием гидрата окиси железа. Разработана также новая конструкция емкости типа сосуда Дьюара для применения водорода в автомобильном и воздушном транспорте. Подобные исследовательские работы расширяют области использования водорода настолько, что при калькуляции процессов гидрирования в нефтепереработке уже нельзя будет учитывать водород по цене топливного газа. [c.167]
Реакция замещения атомов водорода в парафиновых углеводородах на галоген, открытая в 1940 г. Дюма, получила широкое применение в промышленности. Она лежит в основе промышленного способа получения хлоропроизводных метана, этана и других предельных углеводородов. Ассортимент выпускаемых в СССР и за рубежом хлоралканов непрерывно расширяется. Однако наиболее широко используются хлористый метилен, хлороформ, четыреххлористый углерод, хлористый этил, хлорпентаны и керилхлорид. Технические требования к отдельным представителям этого ряда соединений представлены в табл 19. [c.125]
Древесный уголь находит разнообразное применение в промышленности и для бытовых нужд. Его используют в металлургии и перерабатывают в активный уголь для очистки воды, химического синтеза и т. д. [4]. Наряду с древесным углем типичными продуктами сухой перегонки древесины являются газ, смола, древесный уксус, древесный спирт [184]. Выход этих продуктов зависит от состава исходного сырья и особенно от условий пиролиза. Вследствие значительной массовой доли кислорода и водорода в древесине и лигноцеллюлозных материалах отношение жидких продуктов пиролиза к газообразным значительно выше, чем при пиролизе каменного угля. [c.403]
Первые опыты по гальваническому восстановлению железа быЛи проведены русским ученым Б.С.Якоби в 1846 г. Б.С.Якоби и инженер Е.И.Клейн в лаборатории гальванопластики експедиции заготовления государственных бумаг в 1066 г. применили гальванические железные покрытия при изготовлении стереотипного набора и клише. К тому же времени относятся и первые исследования механических свойств злект-ролитического железа, проведенные Г.Э.Ленцем. В результате было установлено, что осадки железа содержат большое количество водорода, который придает им значительную твердость. Благодаря зтим исследованиям электролитическое железнение стало находить применение в промышленности, главным образом в полиграфической, дяя повышения износостойкости клише и печатных досок. В настоящее время железнение широко используется в различных отраслях народного хозяйства как эффективное средство повышения поверхностной прочности деталей, изготовленных из углеродистых сталей, л надежный зкономический способ восстановления их свойств и размеров. Большое распространение оно получило с развитием ремонтного производства для восстановления изношенных деталей автомобилей, сельскохозяйственньк машин и другой техники. Разрабатывается обширная рецептура злектролитов железне-ния, из которых можно получать осадки металла различных толщин й свойств. [c.3]
Применение. Водород в больших количествах применяется в химической промышленности (синтез ННз, СН3ОН и других веществ), в пищевой промышленности (производство маргарина), в металлургии для получения железа прямым восстановлением железной руды. [c.467]
Применение. Водород широко используют в различных отраслях производства в анилинокрасочном производстве, в синтезе хлороводорода, аммиака (аммиак далее расходуется для производства азотных удобрений), при восстановлении некоторых цветных металлов из их руд. В пищевой промышленности водород широко применяют для получения заменителей животных жиров (маргаринов). [c.161]
Природные запасы соединений водорода огромны. Водород легко вступает в химические реакции, при его окислении выделяется большое количество тепла. Поэтому водород может найти широкое применение в промышленности и быту, для синтеза различных соединений, освещения, отопления и охлаждения, приготовления пищи и для получения электроэнергии при помощи электрохимических генераторов. [c.356]
Практическое применение водорода многообразно им обычно заполняют шары-зонды, в химической промышленности он служит сырьем для получения многих весьма важных продуктов (аммиака и др.), в пищевой — для выработки из растительных масел твердых жиров и т. д. Высокая температура (до 2600 °С), получающаяся при горении водорода в кислороде, используется для плавления тугоплавких металлов, кварца и т. п. Жидкий водород является одним из нар[более эффективных реактивных топлив. Ежегодное мировое потребление водорода превышает 1 млн. т. технически водород получают, главным образом, взаимодействием природного метана с кислородом и водяным паром (по суммарной схеме 2СН4 + О2 + 2НгО = 2С0г + 6Н2 + 37 ккал) или выделяя его из коксового газа путем сильного охлаждения последнего. Иногда пользуются также разложением воды электрическим током. Транспортируют водород в стальных баллонах, где он заключен под большим давлением.2 . [c.117]
Применение водорода в технике. Водород находит применение в воздухоплавании, в технике высоких температур и химической промышленности. [c.623]
Применение. Водород широко используется в химической промышленности, главным образом для синтеза аммиака, хлороводорода и многих органических веществ. В металлургии водород применяется как восстановитель при получении железа, молибдена, вольфрама и других металлов. [c.110]
Практическое применение водорода довольно многообразно в химической промышленности он служит сырьем для получения многих важных продуктов (аммиака и др.), в пищевой —для выработки из растительных масел твердых жиров и т. д. Высокая температура (до 2600°С), получающаяся при горении водорода в [c.97]
Ускорители полимеризации каучуков. Наиболее важ-1 ная область применения меркаптанов — промышленность синтетических каучуков. Меркаптаны хорошо регулируют эмульсионную полимеризацию при получении кау- чуков и одновременно служат ускорителями этого про- цесса. Вырабатываемый из тетрамера пропилена и серо-водорода т/)ет г-додецилмеркантан [14] при 5° С на 30% и при 50° С на 20% увеличивает скорость полимеризации в процессе получения бутадиен-стирольного, каучука. Весьма эффективными ускорителями вулканизации каучуков оказались N-зaмeщeнныe р-меркаптоэтил-амины [8].. [c.53]
Укажите все известные лабораторные и промышленные спо- собы получения водорода. 2. Почему пламя водорода невидимо 3. Какой объем водорода при нормальных условиях можно получить из 1 г воды ф 4. Сколько килограммов алюминия необходимо для того, чтобы при взаимодействии с гидроксидом натрия получить 0,0418 м водорода при 27°С и 99 400 Па. ф5. Укажите, какие степени окисления может принимать водород в своих соединениях 6. Чем отличаются свойства молекулярного водорода от атомарного Приведите примеры. 7. Применение водорода. [c.164]
Если не считать термических методов, переработка нефтей и нефтяных фракций с применением водорода для получения ценных товарных продуктов возникла и начала использоваться в промышленности раньше, чем другие промышленные процессы превращения, в том числе каталитический крекинг, алкилирование и каталитический риформинг. На протяжении многих лет. гидрирование углеводородов является предметом интенсивных исследований. Эти исследования продолжаются и в настоящее время и охватывают широкую область, что и объясняет многочисленность публикаций, посвященных этой теме, включая патенты. [c.116]
Из вышеизложенного видно, что способ получения дифенилолпропана с применением хлористого водорода в качестве конденсирующего агента нашел широкое применение в промышленности разных стран. При этом можно получать качественный продукт, однако существенным недостатком способа является высокая корро-зионность среды, что создает большие трудности при выборе материала для аппаратуры и коммуникаций. [c.140]
В качестве восстановителей предложены водород, азотоводородная смесь, оксид углерода (И), природный, нефтяной, коксовый н богатые газы, пары керосина, мазута и др. [56, 57]. Практическое применение и промышленности нашел природный газ, содержание серы в котором не должно превышать 20 мг/м . [c.59]
Предназначена для специалистов химической, нефтехимической промышленности и других отраслей народного хозяйства, занимающихся получением и применением водорода в технологических процессах и в качестве энергетического источника. [c.255]
Основные области применения водорода. В настоящее время водород в основном используется в химической и нефтехимической отраслях промышленности (93-95%). Наибольшее количество водорода используется для производства аммиака по реакции [c.155]
Применение. В промышленности водород в больших количествах расходуется для получения аммиака, соляной кислоты, метилового спирта (из Щ и СО). Многие органические соединения синтезируют с использованием водорода. Преобразование твердых низкокачественных углей, сл шцев, тяжелых остатков от переработки нефти и каменноугольной смолы в легкое моторное топливо осуществляется путем их гидрогенизации (присоединения водорода).. Гидрогенизацией жидких растительных жиров (хлопкового, подсолнечного) получан)т заменители животного масла — твердые жиры, используемые в производстве маргарина, в мыловарении. [c.283]
Газообразные алканы находят очень широкое применение в промышленности и быту Природный газ является в настоящее время одним из основных бытовых и экологически чистых промышленных топлив. Он используется также в качестве сырья для производства водорода и технического углерода (сажи). [c.74]
С одной молекулой нитропарафина может реагировать столько молекул альдегида, сколько атомов водорода имеется при углероде, связанном с нитрогруппой. Эта реакция, открытая Л. Генр И [26], получила применение в промышленности. [c.273]
Таким образом, обзор первых исследований по пиролизу различных углеводородов показывает, что в присутствии водорода происходит увеличение выхода этилена и снижение коксо-образования, что является положительной стороной процесса. Однако, из анализа статей видно, что имеются противоречия в оценке выхода ароматических углеводородов, бутиленов и бутадиена, отсутствуют точные данные по выходу ацетиленистьпс соединений. Отсутствие в первьж исследованиях анализа экономики, также не позволяет оценить в достаточной мере эффективность процесса с применением водорода. Но, несмотря на это, именно данные работы явились базовыми для последующих разработок в области пиролиза углеводородов в присутствии водорода, нашедших промышленное применение [16,17], а также для исследований и формулирования теоретических основ данного процесса [18—21]. [c.191]
Применение. В промышленности водород в больших количествах расходуется для получения аммиака, соляной кислоты, метилового спирта (из Hj и СО). Многие органические соединения синтезируют с использованием водорода. Преобразование твердых низкокачественных углей, сланцев, тяжелых остатков от переработки нефти и каменноугольной смолы в легкоё моторное топливо, осуще- [c.213]
Весьма перспективно получение водорода термоконтактным способом в виде отдельного процесса. Термоконтактный процесс производства водорода получил высокую оценку на VIII Мировом нефтяном конгрессе и, видимо, найдет применение в промышленности. [c.278]
Одним из существенных недостатков палладиевых покрытий в электргяехинке является его высокая каталитическая активность н ад сорбционная способность по отношеиню к водороду и органическнм веществам, что может оказывать большое влияние на повышение переходного сопротивления Этим, а также меньшей по сравнению с другими металлами платиновой группы химической стойкостью ограничивается его применение в промышленности. [c.139]
За последние несколько лет появились новые взгляды о возможности использования гидрогепизациоппых методов в нефтепереработке и предложены многочисленные процессы гидрогенизациоппой обработки нефтепродуктов. В следующих разделах этой главы рассматриваются достижения последнего времени в области изучения химизма этих процессов, применяемых катализаторов и технологического оформления. Кратко рассмотрены важнейшие результаты гидрогенизациоппой обработки, дополнительные источники водорода и возможности применения процессов, разработанных для облагораживания как сырой нефти, так и различных нефтяных фракций. Эти процессы, частично уже осуществленные в промышленном масштабе, основываются на применении водорода для улучшения качества различных нефтяных фракций или промежуточных нефтезаводских потоков, в том числе газа, прямогопного и крекинг-бензинов, лигроинов, средних дистиллятов, газойлей — сырья для каталитического крекинга, смазочных масел, парафинов, нефтяных остатков и кокса. [c.120]
С внедрением каталитического риформинга неуклонно растут ресурсы дешевого водорода для процессов нефтепереработки. Хотя в настоящее время мощности гидроочистки и каталитического риформинга приблизительно одинаковы (соответственно 270 и 300 тыс. м 1сутки), согласно опубликованным расчетам [6] имеется избыток водорода, достаточный для гидрирования еще 480 тыс. м сутки нефтяных фракций п продуктов. В процессах нефтепереработки наиболее широкое промышленное применение водород находит для обессеривания бензино-лигроиновых фракций, направляемых на риформинг. Для возможности риформинга на платиновых катализаторах необходимо не только удалить серу, но и но возможности снизить [c.187]
В качестве материала для изготовления печей преимущественно используется сталь, применяются также графитовые и кварцевые печи. Однако размеры и соответственно производительность кварцевых аппаратов ограничены, кварцевая аппаратура очень дорога и трудна в ремонте и обслуживании. Эти недостатки, но в меньшей степени, присущи и графитовой аппаратуре, хотя графитовыё печи еще находят применение в промышленности. Печи из неметаллических материалов используются преимущественно для получения хлористого водорода повышенной чистоты, когда недопустимо загрязнение HG1 хлоридами металлов. [c.486]
Широкое применение в промышленности нашел продукт сульфирования углей — так называемый сульфоугопь, который используется в качестве ионитов, служащих для умягчения воды, методом замены ионов магния и кальция на ионы водорода и натрия. В качестве сырья для производства сульфатов используют уголь марки К. Сульфирование осуществляется олеумом, при этом водород органической части угля замещается сульфокислотной группой с образованием воды по реакции [c.259]
В качестве газообразных восстановителей используют водород, оксид углерода (II) и метан. В промышленности водород находит применение при восстановлении железа из руды в бездоменных процессах и для получения тугоплавких металлов. Применение водорода и оксида углерода (II) как в промышленности, так и в лаборатории сопряжено с большими трудностями, так как они образуют с воздухом взрьгооопасные смеси. [c.70]
chem21.info
Производство водорода — WiKi
Из углеводородов
Паровая конверсия природного газа / метана
Водород можно получать разной чистоты: 95-98% или особо чистый. В зависимости от дальнейшего использования водород получают под различным давлением: от 1,0 до 4,2 МПа. Сырье (природный газ или легкие нефтяные фракции) подогревается до 350-400° в конвективной печи или теплообменнике и поступает в аппарат десульфирования. Конвертированный газ из печи охлаждается в печи-утилизаторе, где вырабатывается пар требуемых параметров. После ступеней высокотемпературной и низкотемпературной конверсии СО газ поступает на адсорбцию СО2 и затем на метанирование остаточных оксидов. В результате получается водород 95-98,5% чистоты с содержанием в нем 1-5% метана и следов СО и СО2.
В том случае, если требуется получать особо чистый водород, установка дополняется секцией адсорбционного разделения конвертированного газа. В отличие от предыдущей схемы конверсия СО здесь одноступенчатая. Газовая смесь, содержащая h3, CO2, Ch5, h3O 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.
В настоящее время данным способом производится примерно половина всего водорода. Себестоимость процесса $2-5 за килограмм водорода. В будущем возможно снижение цены до $2-$2,50, включая доставку и хранение.
Газификация угля
Старейший способ получения водорода. Уголь нагревают при температуре 800°—1300° Цельсия без доступа воздуха. Первый газогенератор был построен в Великобритании в 40-х годах XIX века. США предполагают построить электростанцию по проекту FutureGen, которая будет работать на продуктах газификации угля. Электричество будут вырабатывать топливные элементы, используя в качестве горючего водород, получающийся в процессе газификации угля.
В декабре 2007 г. была определена площадка для строительства первой пилотной электростанции проекта FutureGen. В Иллинойсе будет построена электростанция мощностью 275 МВт. Общая стоимость проекта $1,2 млрд. На электростанции будет улавливаться и храниться до 90 % СО2.
Себестоимость процесса $2-$2,5 за килограмм водорода. В будущем возможно снижение цены до $1,50, включая доставку и хранение.
Из биомассы
Водород из биомассы получается термохимическим, или биохимическим способом. При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500°-800° (для отходов древесины), что намного ниже температуры процесса газификации угля. В результате процесса выделяется h3, CO и Ch5.
Себестоимость процесса $5-$7 за килограмм водорода. В будущем возможно снижение до $1,0-$3,0.
В биохимическом процессе водород вырабатывают различные бактерии, например, Rodobacter speriodes.
Возможно применение различных энзимов для ускорения производства водорода из полисахаридов (крахмал, целлюлоза), содержащихся в биомассе. Процесс проходит при температуре 30° Цельсия при нормальном давлении. Себестоимость водорода около $2 за кг.
Из цепочки сахар-водород-водородный топливный элемент можно получить[1] в три раза больше энергии, чем из цепочки сахар-этанол-двигатель внутреннего сгорания.
Из мусора
Разрабатываются различные новые технологии производства водорода. Например, в октябре 2006 года Лондонское Водородное Партнёрство опубликовало исследование о возможности производства водорода из муниципального и коммерческого мусора. Согласно исследованию, в Лондоне можно ежедневно производить 141 тонну водорода как пиролизом, так и анаэробным сбраживанием мусора. Из муниципального мусора можно производить 68 тонн водорода.
141 тонны водорода достаточно для работы 13750 автобусов с двигателями внутреннего сгорания, работающими на водороде. В Лондоне в настоящее время эксплуатируется более 8000 автобусов.
Химическая реакция воды с металлами
В 2007 году Университет Purdue (США) разработал метод производства водорода из воды при помощи алюминиевого сплава.
Сплав алюминия с галлием формируется в пеллеты. Пеллеты помещают в бак с водой. В результате химической реакции производится водород. Галлий создаёт вокруг алюминия плёнку, предотвращающую окисление алюминия. В результате реакции создаётся водород и оксид алюминия.
Из одного фунта (≈453 г) алюминия можно получать более 2 кВт·ч энергии от сжигания водорода и более 2 кВт·ч тепловой энергии во время реакции алюминия с водой. В будущем, при использовании электроэнергии атомных реакторов 4-го поколения, себестоимость водорода, получаемого в ходе реакции, станет эквивалента цене бензина $3 за галлон (≈3,8 л).
Автомобиль среднего размера с двигателем внутреннего сгорания с 350 фунтами (158 кг) алюминия на борту может проехать 350 миль (560 км). В будущем стоимость такой поездки составит $63 (0,11 $/км), включая стоимость восстановления оксида алюминия на атомной электростанции 4-го поколения.[2]
С использованием водорослей
Учёные калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) 1999 году обнаружили[источник не указан 931 день], что если водорослям не хватает кислорода и серы, то процессы фотосинтеза у них резко ослабевают, и начинается бурная выработка водорода.
Водород может производить группа зелёных водорослей, например, Chlamydomonas reinhardtii. Водоросли могут производить водород из морской воды, или канализационных стоков.
ru-wiki.org
Чистый водород - MEL Chemistry
Что произошло
Что случилось с фольгой?
Блестящая алюминиевая фольга (Al) прореагировала с разбавленной щёлочью (NaOH) с выделением водорода (h3). В результате алюминий превратился в тетрагидроксоалюминат натрия (Na[Al(OH)4]):
2Al + 2NaOH + 6h3O → 2Na[Al(OH)4] + 3h3↑
Но это соединение неустойчиво в слабощелочной среде, а у нас в пробирке образовался именно такой раствор. В конечном итоге большая часть тетрагидроксоалюмината натрия распадается на гидроксиды натрия (NaOH) и алюминия (Al(OH)3). Гидроксид алюминия же практически не растворим в воде: его частички под влиянием гравитации постепенно оседают, образуя замутнённый слой ближе ко дну пробирки.
Почему раствор обесцветился?
Как уже было сказано выше, в пробирке происходит реакция между алюминием (Al) и раствором гидроксида натрия (NaOH):
2Al + 2NaOH + 6h3O → 2Na[Al(OH)4] + 3h3↑
В ходе этой реакции образуется водород. В момент выделения способность атома водорода отдать один электрон (то есть стать восстановителем) максимальна. Именно это и происходит внутри пробирки. Только что образовавшийся водород восстанавливает молекулу тимолового синего до бесцветного соединения, в результате чего мы наблюдаем обесцвечивание раствора.
Узнать больше
Нам хорошо известно, что молекула водорода состоит из двух одинаковых атомов. Но далеко не все знают, что в процессе получения первые мгновения своего существования атом водорода проводит в гордом одиночестве. Именно такой атомарный водород способен эффективно восстанавливать органические соединения. Связано это с тем, что водороду невыгодно существование в виде отдельных атомов, поскольку энергия, необходимая для удержания единственного электрона возле ядра при отсутствии атома-соседа, слишком велика.
Стоит только двум таким атомам образовать молекулу водорода, как их реакционная способность резко падает. Причина в том, что теперь два ядра участвуют в удержании каждого из электронов, то есть они связаны намного прочнее. Молекулярный водород уже не способен восстановить тимоловый синий в тех условиях, в которых легко справляется с этой задачей в атомарной форме.
Это интересно
Как получают водород в промышленности?
Промышленное производство водорода осуществляется в основном по методу, который называется «паровая конверсия метана». Конверсия в химической промышленности – это направленное изменение состава смеси газов. В нашем случае, как видно из названия, метан Ch5 в смеси с водяным паром h3O (исходная смесь) претерпевает изменения, в результате чего количество метана в ней уменьшается, зато образуется большое количество водорода. В ходе этого процесса исходное газовое сырьё нагревается до температуры порядка 1000oC:
Ch5 + h3O ↔ CO + 3h3
В условиях избыточного количества водяного пара происходит более полная конверсия:
CO + h3O ↔ CO2 + h3
В реальных условиях, конечно, стопроцентная конверсия метана недостижима. На выходе из реакционной зоны мы имеем смесь, содержащую ~ 40 % водорода. Помимо целевого продукта, в ней содержатся недоокисленные углеводороды, оксиды углерода (CO и CO2). Для отделения водорода от остальных компонентов смеси необходима температура порядка 115 К (-158oC) и давление в 40 атмосфер. При этих условиях остаточные углеводороды, вода и диоксид углерода отделяются, позволяя получить газ чистотой от 90 до 95 %.
Современные методы многоступенчатой конверсии предполагают сложный температурный режим, при котором нагревание и охлаждение газа происходит постепенно, причём строго определённым образом. Такие методы вкупе с использованием поглотителей CO2 повышают содержание водорода примерно до 95 %. При необходимости получить газ с минимальным содержанием примесей применяется одноступенчатая очистка с использованием цеолитных сорбентов, позволяющая получить 99,99%-й водород.
Современные лабораторные методы получения водорода
В настоящее время в химических лабораториях водород в 99,9 % случаев получают двумя основными способами: из баллона и из генератора. По поводу добычи газа из баллона никаких вопросов обычно не возникает. Хотя и здесь есть один нюанс! Все газовые баллоны имеют правую резьбу, а вот баллоны для водорода – левую. В результате редукторы (специальные приспособления с датчиками давления для контролируемого извлечения газа из баллона) на них накручиваются по часовой стрелке. Это сделано для того, чтобы физически исключить возможность использования оборудования, не предназначенного для работы с водородом и снизить вероятность возгорания. Вернёмся к получению водорода в лаборатории. Второй способ – использование водородного генератора. В основе его действия лежит разложение воды на кислород и водород под действием электрического тока (электролиз):
2h3O → O2↑ + 2h3↑
Электролитический способ получения водорода также иногда используется в промышленности, но из-за большой энергоёмкости является не особо выгодным.
Для чего используют водород?
Трудно переоценить важность водорода в современном мире.
Связывание атмосферного азота с образованием аммиака – процесс, позволивший поднять химическую промышленность и сельское хозяйство на новый уровень. Ранее азотные удобрения (нитраты) и азотную кислоту получали из минералов (селитр), запасы которых в мире были крайне ограничены (подробнее про селитры можно прочитать в разделе «Это интересно» опыта «Огненная надпись»). Теперь же практически весь азот «вынимается» из воздуха благодаря простой реакции:
N2 + 3h3 ↔ 2Nh4
При кажущейся простоте процесса такое взаимодействие – дело не из лёгких. Многие учёные бились над тем, чтобы подобрать условия, позволяющие снизить затраты на производство.
Ещё одним важным продуктом, в производстве которого участвует водород, является метанол Ch4OH. Ранее его получали за счёт нагревания древесины без доступа воздуха. Теперь же для этого используется смесь оксида углерода CO с водородом, при нагревании которой в присутствии оксидов меди CuO и цинка ZnO образуется целевой продукт:
CO + 2h3 → Ch4OH
Восстановительные свойства водорода применяют для получения металлов из их оксидов. В основном таким образом производят вольфрам (W):
WO3 + 3h3 → W + 3h3O
С помощью водорода можно превратить жидкие растительные масла в твёрдые за счёт присоединения его к жирным кислотам в составе масла. Получаемые таким образом жиры входят в состав важного пищевого продукта – маргарина. У этого метода отверждения масел есть существенный недостаток: в процессе образуются вредные для здоровья вещества, которые могут попасть в организм человека. По этой причине в настоящее время такой способ получения твёрдых растительных жиров уступает место более безопасным, в ходе которых водород уже не используется.
В своё время водород помогал в проведении театральных представлений. Горелки с водородно-кислородным пламенем позволяют получить температуру до 4000oC. Их применяют для резки и сварки тугоплавких материалов. Казалось бы, причём тут театр? Именно из-за очень горячего пламени такие горелки использовались для театрального освещения до повсеместной электрификации. Яркий белый «свет рампы» получали за счёт нагрева большого куска оксида кальция CaO. Этот материал является достаточно тугоплавким (нагревается до белого каления, оставаясь твёрдым), а также способен выделять света больше, чем многие другие материалы в тех же условиях. Несмотря на то, что сочетание водородной горелки и оксида кальция для освещения театральной сцены использовали на протяжении достаточно короткого времени, они оставили след в английском языке: слово «the limelight» (дословно – свечение извести) употребляется теперь в значении «центр внимания».
Большие надежды возлагается на водород, как на топливо. Из-за того, что при его сгорании единственным продуктом является вода, водород считается самым безопасным для экологии горючим. Основной проблемой использования такого топлива является тот факт, что пока оно экономически невыгодно. Ещё не изобретён дешёвый способ получения чистого водорода в достаточных количествах для развития отрасли. О пользе этого газа для экологии в данный момент, естественно, речи быть не может.
melscience.com
© 2005-2018, Национальный Экспертный Совет по Качеству.
