Производство водорода (Сырьевая база и получение водорода)

Глава III. ПРОИЗВОДСТВО ВОДОРОДА

3.1. Сырьевая база

Главным источником низших парафинов (C₁—C₅) являются природный и попутный газы, газ газоконденсатных месторож­дений, а также нефтезаводские газы от процессов переработки нефтепродуктов в присутствии водорода (например, риформинг).

Природными называют газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Иногда они содержат большие количества диоксида углерода, азота, гелия. Для газоконденсатных месторождений обычно характерно высокое давление, и при его снижении происходит сепарация и выделяется газ и жидкий конденсат.

Попутными называют газы, выделяющиеся вместе с нефтью при ее добыче из нефтяных скважин. Часть этих газов отделяется в сепараторах, а другая остается растворенной в нефти и отделяется при ее стабилизации, т. е. отгонке летучих компонентов (газы стабилизации).

Типичный состав разных газов представлен в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Состав углеводородных газов, в об.%

Газ	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	N2 и др.
Природный	70-97,5	0,1-8	0,1-4	0,01-1	0-0,3	1-15
Газоконденсатных месторождений	75-95	3-9	1-3	0,5-1	0,5-1	1-4
Попутный:
После сепараторов	35-90	4-20	3-30	2-13	1 - 4	0,5-11
После стабилизации	1-5	5-15	20-30	30-40	15-25	-

Природный газ выгодно использовать только как источник метана. К нему по составу близки газы газоконденсатных месторождений. Напротив, попутные газы являются наиболее ценными для получения парафинов С₃—С₅. Из углеводородов С₄ в попутных газах преобладает н-бутан (3 – 5 объемов на 1 объем изобутана), а из С₅ — н-пентан (1,5—4,0 объема на 1 объем изопентана).

          Сырьем для получения водорода и соединений связанного азота могут служить: природный газ, попутные газы нефтедобычи, газы переработки нефти, нефть и ее производные, каменные и бурые угли, торф и т.д.

          Нефть представляет собой сложную смесь разнообразных химических соединений, в первую очередь углеводородов.

          К газообразному топливу относятся природный газ, попутные газы нефтедобычи, заводские углеводородные газы нефтепереработки, а также коксовый и генераторный газ.

Состав природного газа различных месторождений представлен в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Состав природных и попутных нефтяных газов

	Объемные доли, %
Месторождение	CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12 и выше	CO2,N2, H2S и др.
Природного газа: Ставропольское Оренбуржское Медвежье Уренгойское Попутного газа: Туймазинское Самотлорское Грозненское	98,9 83,8 97,3 87,7 43,6 86,5 30,8	0,3 4,6 1,0 5,0 19,5 3,2 7,5	0,2 1,6 0,1 2,1 18,6 2,6 21,5	0,1 0,8 0,2 0,8 6,9 3,9 20,4	- 1,9 0,2 3,3 2,8 3,1 19,8	0,5 6,3 1,3 1,1 8,6 0,7 -

          Природные газы состоят главным образом из метана и небольших количеств других парафиновых углеводородов, тогда как состав попутных нефтяных газов и особенно газов переработки нефти разнообразен. Например, газ Астраханского месторождения содержит 60 % H₂S.

          При сохранении современных темпов добычи и потребления не возобновляемых горючих ископаемых их запасы будут исчерпаны через 100-250 лет. Общегеологические запасы каменного угля на земле по данным ряда исследователей составляют 7·10¹² т, запасы нефти и газа 0,13·10¹² т, а общая биомасса органики 8∙10¹² т. По данным 80-х годов на долю бывшего СССР приходилось 57 % мировых запасов угля, более 30 % природного газа, более 60 % торфа, около 50 % сланцев.

3.2. Получение водорода

          По мнению многих ученых, наиболее перспективным и универсальным энергоносителем и топливом будущего может служить водород. Несомненным преимуществом водорода перед другими видами топлива служит то, что:

-  сырьем для производства водорода служит вода и, следовательно, его ресурсы практически неограниченны и возобновляемы, так как при горении водород снова превращается в воду;

-  водород – идеальное горючее с экологической точки зрения, так как единственным продуктом его сжигания является вода;

-  водород – уникальное сырье для химической промышленности, металлургии, нефтепереработки, в том числе для таких крупнотоннажных производств, как синтез аммиака и метанола, для которых водород - основной исходный реагент;

-  молекулярный водород обладает высокой теплотой сгорания – 125,5 МДж/кг, что почти в 4 раза больше чем у углерода. Кроме того, 1 кг высококачественного органического вещества содержит энергии 40,3 МДж/кг, т.е. в 3 раза меньше, чем водород;