ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общий обзор областей применения и развития методов производства водорода и кислорода из "Электролиз воды" По мере развития современной промышленности все большее чис ло ее отраслей и в возрастающем объеме используют для различных нужд водород и кислород. Еще 60 лет назад водород как сырье имел весьма ограниченное значение, а в настоящее время мировая потребность в нем составляет десятки миллионов кубометров в час. [c.7] Практическое использование водорода началось с небольших количеств, потреблявшихся главным образом для воздухоплавания, освещения, гидрогенизации жиров и пайки свинца. В 20-х годах текущего столетия промышленное производство водорода резко возросло во всех странах мира, что было обусловлено разработкой и широким внедрением в практику процесса синтеза аммиака из водорода и азота. Этот процесс получил огромное развитие в связи с непрерывным увеличением производства и потребления минеральных удобрений. Большие количества водорода потребовались для производства метилового спирта, а с 50-х годов и для синтеза карбамида. В меньших количествах водород находит разнообразное применение во многих других отраслях народного хозяйства. Значительно увеличилось использование водорода для гидрогенизации жиров, гидрирования угля, тяжелых масел, при синтезе спиртов, жирных кислот, получении углеводородов, перекиси водорода, синильной и соляной кислот и других продуктов, а также для сварки, резки и обработки металлов, в производстве электрических ламп и аккумуляторов. [c.7] Водород имеет довольно важное значение в процессах производства редких металлов и твердых сплавов. Водород все шире начинают применять в порошковой металлургии, для восстановления металлических катализаторов, в производстве прозрачного (оптического) кварца и искусственных драгоценных камней, для охлаждения мощных электрогенераторов. Некоторая доля водорода может потребляться для заполнения аэростатов заграждения и дирижаблей. [c.7] Эта область потребления водорода находится еще в начальной стадии развития. С успехом применяют водород в радиоэлектронике для получения полупроводников, масштабы производства которых непрерывно увеличиваются. [c.8] Известны десятки различных методов получения На. На первом этапе развития производства водорода, когда его потребление исчислялось десятками кубометров в час, использовались главным образом методы, основанные на способности многих металлов вытеснять водород из воды, разбавленных кислот или щелочей. К ним относятся растворение цинка в разбавленной кислоте и алюминия или кремния в едкой щелочи, действие натрия или гидрида кальция на воду. В настоящее время эти методы применяют лишь в лабораторной практике или для получения небольших количеств водорода в полевых условиях. [c.8] В некоторых случаях водород можно получать термическим разложением аммиака или метанола в присутствии катализатора. Эти методы очень просты и могут быть использованы при небольшой потребности в водороде (не более 500 м 1сутки). [c.8] Еще в 20-х годах для производства водорода довольно широко применялся железо-паровой метод, основанный на взаимодействии железа с водяным паром при пропускании его над раскаленными железными стружками или опилками. Образующаяся при этом окись железа восстанавливалась водяным газом. К настоящему времени этот процесс утерял свое практическое значение из-за малой производительности, громоздкости и большого расхода тепла. [c.8] Современные промышленные методы получения водорода можно подразделить на две группы химические и электрохимические. К химическим относятся методы переработки твердых и тяжелых жидких топлив и углеводородных газов (коксового, природного, газов нефтепереработки и др.). [c.8] В начальный период развития производства синтетического аммиака широкое распространение приобрела газификация кокса, антрацита и каменного угля для получения генераторных газов, содержащих водород и окись углерода, далее подвергавшуюся конверсии на катализаторе. В ряде случаев целесообразно получение водорода газификацией жидких топлив (мазут, тяжелые нефтяные остатки и др.). [c.8] Существенным источником водорода является коксовый газ, образующийся в процессе коксования углей и содержащий 50— 60% Нг. Для выделения водорода из коксового газа его подвергают глубокому охлаждению, при этом происходит фракционированная конденсация всех компонентов газа, кроме водорода. Перед поступлением на разделительную установку глубокого холода коксовый газ очищают от серы, двуокиси углерода и других нежелательных примесей. [c.8] Значительные количества водорода получаются в качестве побочного продукта производства ацетилена и этилена окислительным пиролизом природного или попутного газа. [c.9] Полученный химическими методами водород содержит различное количество таких примесей, как окись и двуокись углерода, азот, кислород, метан, сероводород, инертные газы и др., которые, как правило, должны быть удалены до поступления водорода на дальнейшую переработку. Поэтому современная технологическая схема производства водорода любым химическим методом включает не менее четырех основных стадий собственно получение водорода, конверсию окиси углерода, удаление двуокиси углерода и окончательную очистку газа от остальных примесей. Такие многоступенчатые схемы процесса довольно громоздки и требуют крупных капиталовложений и больших эксплуатационных расходов. [c.9] К электрохимическим методам производства водорода относится прежде всего электролиз воды, а также электролиз водных растворов Na l для получения хлора и каустической соды одновременно в качестве побочного продукта электролиза ЫаС1 получается дешевый водород. Отметим, что в 1969 г. мировая хлорная промышленность (без СССР) выработала около 4,5 млрд. м водорода, который удалось использовать лишь в малой степени, главным образом из-за отдаленности его потребителей. [c.9] Существенные количества водорода побочно получаются также при электрохимическом производстве хлората натрия, перекиси водорода и некоторых других продуктов. [c.9] При больших масштабах производства водорода химические методы его получения, особенно из природных и попутных нефтяных газов, более эффективны, чем электролиз воды, и являются основными источниками обеспечения потребностей химической промышленности в водороде. При малых масштабах производства водорода преимущества химических методов уменьшаются, так как расходы на многоступенчатую очистку газа заметно сказываются на себестоимости водорода. [c.9] Электролиз воды выгодно отличается от других методов получения водорода простотой технологической схемы, доступностью и дешевизной сырья — воды, высокой надежностью в эксплуатации, несложностью обслуживания установок. При электролизе воды под давлением получаемые газы не требуют компримирования, что очень важно для ряда их потребителей. [c.10] К достоинствам процесса электролиза воды относится также одновременное получение кислорода, находящего разнообразное применение в различных отраслях народного хозяйства — для интенсификации доменного процесса, для плавления платины, кварца и других тугоплавких материалов, при автогенной сварке и резке металлов, где необходимы температуры выше 2000° С. Кислород широко используется также в химической промышленности в производстве азотной, серной, уксусной кислот, метанола, формальдегида, в процессах газификации углей, конверсии метана и др. Жидкий кислород употребляется для достижения низких температур, приготовления некоторых видов взрывчатых веществ. Чистый кислород используется в медицине для улучшения затрудненного дыхания, при отравлениях окисью углерода, углеводородными газами и т. д. Важное значение приобрело обеспечение кислородом людей, находящихся в герметичных помещениях, в космических кораблях, выполняющих подводные и различные спасательные работы. [c.10] Кислород, потребляемый в больших количествах для технических нужд, получают методом сжижения воздуха и ректификации его компонентов в специальных воздухоразделительных агрегатах. Особо чистый кислород получают электролизом воды. [c.10] Оборудованные ртутными или полупроводниковыми выпрямителями простые компактные и дешевые установки для электролиза воды под давлением, близким к атмосферному, и под давлением до 10 сг, почти не требующие обслуживания и ухода и обеспечивающие высокую чистоту газов, получили широкое распространение. Современные электролизеры для разложения воды при нормальной эксплуатации работают в течение 5—10 лет без капитального ремонта, затраты труда на их обслуживание невелики. [c.10] Разработка и усовершенствование конструкций электролизеров в нашей стране шли по двум направлениям по линии создания крупных электролизеров производительностью до 500—650 м ч, работающих под небольшим избыточным давлением, и по линии конструирования более мелких электролизеров производительностью до 25 м 1ч, работающих под давлением от 1 до 10 ат. В самые последние годы стали отдавать предпочтение электролизерам, работающим при более высоком давлении. [c.11] Вернуться к основной статье