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.%

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

          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;