Методы получения водорода

Конверсиия метана или природного газа происходит следующим образом:

CH₄ + H₂O_пары ↔ CO + 3H₂ – 206 кДж

2СH₄ + O₂ ↔ 2CO + 4H₂ + 70кДж

Далее осуществляется конверсия СО водяным паром

CO + H₂O_пары ↔ CO₂ + H₂ + 41кДж

Суммарно процесс конверсии метана водяным паром протекает с поглощением энергии:

CH₄ + 2H₂O_пары ↔ CO₂ + 4H₂ – 165 кДж

Конверсию метана ведут при повышенном давлении обычно с использованием катализаторов. Содержание метана после конверсии не должно превышать 0,5%. Остаточное содержание метана зависит от температуры, соотношения H₂O: CH₄ и давления. При температуре 800-1000 ⁰С достигается необходимое содержание метана, однако скорость процесса без катализатора очень мала. Поэтому конверсию метана ведут обычно с использованием катализаторов (никель, нанесенный на оксид алюминия). Хотя с повышением давления содержание метана увеличивается, процесс часто ведут при повышенном давлении для увеличения скорости реакции. При этом используется то давление, с которым метан поступает на завод. Это уменьшает расход электроэнергии на последующее сжатие газа при производстве аммиака.

При конверсии окиси углерода объем газа остается постоянным. Поэтому изменение давления не сдвигает равновесия, но увеличивает скорость реакции. Увеличение температуры сдвигает равновесие влево, однако при низких температурах скорость реакции мала даже в присутствии катализатора.

Обычно процесс ведут при t = 200-300 ⁰С в присутствии Zn-Cr-Cu катализатора. Остаточное содержание CO составляет 0,2-0,4%. Данный катализатор очень чувствителен к соединениям серы – их концентрация не должна превышать 2 мг/м³.

Получение азото-водородной смеси из коксового газа.

Коксовый газ имеет следующий состав:

H₂ – 53%; CH₄ - 23-28%; другие углеводороды - 2-3%; СO-5-7%; CO₂ -1,5-2,5%;

O₂ -0,3-0,8%; N₂ =5%.

Температура кипения азота составляет -195,7⁰С, Температура кипения водорода -200⁰С. Все остальные компоненты имеют температуру кипения выше -195⁰С. Поэтому проводят глубокое охлаждение газа до температуры -195⁰С. При этом все компоненты кроме азота и водорода переходят в жидкое состояние. Однако в полученном газе остается некоторое количество окиси углерода, которая является сильным ядом для катализатора. Для удаления окиси углерода газ промывают жидким азотом, в котором окись углерода хорошо растворяется. При этом часть азота испаряется и достигается соотношение азота к водороду близкое к 1:3. Затем добавлением азота смесь доводят точно до соотношения 1:3.