Как получают водород: Способы и методы извлечения водорода

Способы и методы извлечения водорода

Запрос на оборудование

На сегодняшний день водород активно используется в различных отраслях химической и нефтехимической промышленности. Водород применяют при синтезе аммиака, гидрогенизации жиров и при гидрировании угля, масел и углеводородов. Кроме того, водород необходим для производства жидкого топлива гидрогенизацией углей и мазута. К сожалению, водород в чистом виде практически не встречается в природе, поэтому задачи его получения, концентрирования и очистки от примесей имеют огромное значение.

Основными способами получения чистого водорода в промышленности являются электролиз воды и конверсия кокса или метана. Кроме того, водород получают извлечением и концентрированием из различных газовых смесей нефтехимических процессов.

На протяжении многих лет совершенствовались технологии извлечения и концентрирования, позволяющие получать водород из различных источников сырья. В результате ученным удалось создать оборудование, которое может извлекать водород из газовых смесей.

Благодаря этому водород можно вернуть в производственный цикл, существенно уменьшив потери. Помимо этого, извлечение водорода из газовой смеси положительно сказывается на экологии окружающей среды. Получая водород из топливных, остаточных и сбросных газов, можно значительно повысить экономическую эффективность процессов производства.

Эффективные способы получения водорода

В настоящее время извлечение водорода чаще всего выполняется двумя способами:

• Концентрирование водорода при помощи мембранных установок. Данный метод разделения газообразных смесей позволяет с минимальными потерями выделять водород из газовых потоков. К основным преимуществам мембранных установок, позволяющих концентрировать водород в, можно отнести низкие расходы на техническое обслуживание, простое аппаратурное оформление и длительный срок службы мембран. Стоит отдельно отметить, что мембранные установки отличаются высокой гибкостью, которая реализуется при создании модульных систем, позволяющих быстро изменять масштаб производства водорода.
  Еще одним важным достоинством этого способа получения водорода является доступная стоимость оборудования, обусловленная целым рядом особенностей производства и монтажа мембранных установок;
  
• Извлечение водорода с помощью адсорбционных установок. В основе этого метода получения чистого водорода лежит технология короткоцикловой или сверхкороткоцикловой адсорбции при переменном давлении. Эта технология использует принцип поглощения примесей водородсодержащего газа на поверхности специально разработанных адсорбирующих материалов. Количество удерживаемых адсорбентом примесей напрямую зависит от давления, поэтому данные установки по производству водорода позволяют проводить процесс адсорбции примесей и регенерации адсорбента изменением давления. Этим способом получают очень чистый водород, с минимальными потерями давления. Единственным минусом этого способа получения водорода можно назвать достаточно высокую стоимость.
  

Выбор метода получения водорода зависит от состава сырья, необходимой чистоты водорода, а также от режима эксплуатации, производственной мощности и других факторов, связанных со спецификой работы конкретного предприятия.

Проектирование и создание установок для получения водорода

Научно-производственная компания «Грасис» выполняет разработку и производство установок, способных осуществлять получение водорода в промышленных масштабах. Мы осуществляем свою работу, используя комплексный подход к решению задачи, которую ставит перед нами заказчик. Это означает, что наши квалифицированные специалисты способны выполнить все работы, начиная от конструирования, проектирования, изготовления и заканчивая вводом в эксплуатацию полностью укомплектованных установок, необходимых для получения водорода. Помимо этого, мы предлагаем своим клиентам услуги по сервисному обслуживанию оборудования по производству водорода. Регламентные работы по ремонту и техническому сопровождению установок по извлечению водорода проводятся в сроки, установленные заказчиком. Такой подход выгодно отличает нас от большинства компаний, работающих в данном сегменте рынка.

Отличительные особенности нашего оборудования для получения водорода:

• компактные габаритные размеры, позволяющие осуществлять производство водорода на весьма скромных площадях;
  
• высокая монтажная готовность, которая значительно сокращает время на ввод оборудования для получения водорода в эксплуатацию;
  
• адаптация к использованию установок по извлечению водорода в сложных температурных и климатических условиях;
  
• длительный срок службы установки для производства водорода, обусловленный использованием материалов высочайшего качества;
  
• автоматический режим работы, простота эксплуатации и минимум обслуживающего персонала.
  

Каждый заказчик, которому требуется надежное оборудование для получения водорода, может рассчитывать на внимательное отношение и высокий уровень обслуживания. Мы гарантируем индивидуальный подход к клиентам, желающим заказать мембранные или адсорбционные установки, позволяющие получать водород из сбросных, топливных или остаточных газов.

Основные преимущества сотрудничества с научно-производственной компанией «Грасис»:

• гибкая ценовая политика. Даже в условиях экономического кризиса мы продолжаем удерживать цену на разработку и производство установок по извлечению водорода на приемлемом уровне. Наши цены на оборудование для производства водорода вполне доступны для многих российских предприятий, выполняющих переработку нефти и природного газа. Кроме того, мы всегда предоставляем выгодные скидки для постоянных клиентов, которые заинтересованы в налаживании и поддержании сотрудничества на долгосрочной основе;
  
• высокий уровень подготовки специалистов. Мы очень тщательно подходим к вопросам отбора персонала, поэтому у нас работают только опытные инженеры, досконально изучившие все нюансы технологий, которые дают возможность извлекать водород с минимальными потерями. Они ответственно подходят к каждому заданию, создавая в кратчайшие сроки все необходимое оборудование, с помощью которого наши клиенты могут получать водород, содержащийся в газовой смеси.
  

Для того чтобы заказать оборудование для извлечения водорода или получить подробные ответы на все вопросы, достаточно позвонить нашим консультантам по телефону: +7 (495) 777-77-34.

Как получают водород в промышленности — физические и химические свойства, области применения, как хранят водород в баллонах

Автор статьи Лебедев Юрий Агафонович

Дата публикации:

11.03.2022

Дата обновления:

18.04.2023

Заместитель директора

Работает в отрасли c 1999 г.

Водород — самое распространенное химическое вещество во Вселенной. Он входит в состав большинства звезд, отличается малой массой — среди всех элементов таблицы Менделеева он самый легкий¹. В периодической таблице водород обозначается, как Н. Он стоит на первом месте.

В этом материале мы рассмотрим происхождение, химические и физические свойства водорода. Также ответим на вопрос о том, где чаще всего применяется такое вещество и чего оно позволяет достичь.

Известно, что среди элементов водород — это «двуликий Янус», он сочетает в себе свойства и металлов, и неметаллов.

Михаил Карапетьянц

Содержание статьи

1. Как открыли водород
2. Кто первый получил водород
3. Почему такое название
4. Физические свойства водорода
5. Химические свойства водорода
6. Как получают водород в промышленности
   • получение водорода из воздуха
7. Каким прибором получают водород
8. Где применяют водород
   • в промышленности
   • в медицине
   • применение водорода в быту
   • использование в пищевой и косметической промышленности
   • водород как компонент ракетного топлива
   • использование в авиации
9. Как и где хранить водород
10. Каким цветом окрашены водородные баллоны

Как открыли водород

Так как вещество очень распространено, его получение практикуется на протяжении многих веков. Считается, что впервые осознанно стали вырабатывать газ в промежутке между XVI и XVII веков.

Среди ученых, которые внесли серьезный вклад в изучение элемента, есть такие, как:

• Роберт Бойль. В 1671 году он провел опыт, в котором наблюдал реакцию при взаимодействии стальных опилок и разбавленных кислот. Это привело к выделению водорода в виде газа.
• Генри Кавендиш. Именно он первым заявил, что водород является индивидуальным элементом. С его именем также связано понимание связи между сгоранием вещества и появлением воды.
• Михаил Ломоносов. Проводил множество опытов, наблюдал выделение вещества.
• Антуан Лавуазье. Первым провел синтез воды и проанализировал ее. Со своим партнером Жаном Менье считается основоположником современных методов промышленного получения таких элементов.

Кто первый получил водород

Первым получателем водорода считают Парацельса. Он смог выработать газ и описать этот процесс во время погружения опилок в серную кислоту. Опыт был проведен еще в XVI веке. Вещество прошло долгий путь до появления возможности его синтезирования в промышленных условиях.

Почему такое название

Михаил Соловьев стал автором современного русского названия элемента. Он назвал его так в 1824 году, проведя аналогию, которую ранее выдвигал еще Василий Севергин — «рождающий воду». Интересно, что ранее Ломоносов также назвал кислород, отметив его способность провоцировать окислительные процессы.

Англоязычное название принадлежит Лавуазье. Оно звучит как hydrogène, образовано от двух греческих слов. Можно перевести как «рождающий воду».

Физические свойства водорода

Есть ряд физических свойств, которые были описаны после начала активной выработки этого элемента. К ним относятся:

• Легкость. Вещество представляет собой самый легкий газ из всех, что известны человеку. По сравнению с воздухом он весит меньше в 14,5 раз.
• Теплопроводность. Также является самой высокой среди газообразных веществ — выше, чем у воздуха не менее чем в 7 раз. Это объясняется быстрым движением молекул.
• Состав молекулы. Она включает в себя два атома.
• Растворимость. Элемент показывает хорошую растворимость в металлах, таких, как палладий. Это объясняется способностью к диффузии.

При нормальных условиях, газ не имеет вкуса, цвета или запаха. Закипает при температуре −252,76 °C. Плотность составляет 0,08987 г/л.

Чтобы получить вещество в жидком виде, нужно добиться крайне низких температур, в диапазоне от −252,76 до −259,2 °C. Жидкость будет текучей, без цвета, с малым весом.

Хотите получить консультацию?

Позвоните нам по телефону!

+7 (495) 532 17 17 Пн.-Пт. с 9:00 до 18:00, обед с 13:00 до 14.00, Сб. с 9.00 до 15:00

Химические свойства водорода

Области применения водорода во многом объясняются его химическими свойствами. Среди главных:

• В реакции с активными металлами начинает проявлять окислительные способности. Обычно это происходит при высоком уровне давления и температуры.
• Может при нормальных условиях легко вступать в реакции с кальцием и другими активными металлами. Также наблюдается реакция с фтором.
• Воздействие стимулирует изменчивость при контакте с другими материалами. Чтобы это произошло, должна измениться не только температура и давление, но и освещение, иные условия.
• Способен образовывать гидриды при контакте с щелочными и щелочноземельными металлами.
• Контакт с оксидом металла может привести к восстановлению.

Также вещество способно к проведению гидрирования органических соединений разного типа. В таком случае потребуется использование правильно подобранного катализатора, влияющего на температуру, другие условия протекания².

Как получают водород в промышленности

Промышленное использование элемента востребовано. Это требует регулярного получения вещества, причем в достаточно больших объемах. Чаще всего используют три варианта — добыча из воды, кислот и воздуха.

Получение водорода из воздуха

В промышленности водород получают из воздуха. Сравнительно недорогой и быстрый метод выработки большого объема вещества. Это делается при помощи генераторов, которые стимулируют протекание различных вариантов реакций. Многие ученые говорят о том, что в будущем именно такое средство будет чаще всего использоваться в энергетике.

Каким прибором получают водород

Выбор прибора зависит от метода. В лабораторных условиях это сочетание емкостей — пробирок с водой, соляной кислотой и другими веществами.

В промышленности используются крупные установки. Они автоматизируются для исключения влияния человеческого фактора на процесс, появления посторонних примесей в готовом веществе.

Где применяют водород

Область использования элемента обширна. Благодаря своим химическим и физическим свойствам, он востребован в медицине, в качестве топлива, косметической отрасли и пищевой.

В промышленности

Вещество применяется для проведения атомно-водородной сварки, создания гирокомпасов, осветительных приборов. Элемент нужен, чтобы создать аммиак и метанол, запустить процессы гидрокрекинга и гидроочистки. Встречается элемент и при создании электроники.

В медицине

Чаще всего применяется обогащенная вода. Это часть терапевтического лечения многих видов заболеваний, в том числе, онкологических. Также используется способность вещества стимулировать эндогенные антиоксиданты в организме человека — это важное средство для борьбы со стрессовыми ситуациями и их негативным влиянием.

Применение водорода в быту

В быту в чистом виде вещество не применяется. Чаще всего оно помогает создать аммиак и другие соединения, которые встречаются в бытовой химии.

Использование в пищевой и косметической промышленности

Именно из такого элемента создается саломас. Это твердый жир, основу для которого составляют различные растительные масла.

Компонент применяется в изготовлении мыла и большого списка косметических средств. Также входит в состав маргарина и распространенной пищевой добавки Е949.

Водород как компонент ракетного топлива

Многие ученые отмечают, что водородное топливо может стать одним из наиболее перспективных в будущем. Сегодня оно применяется в ракетной промышленности³.

Использование в авиации

Сегодня не применяется. Ранее использовался как наполнитель для несущих элементов воздухоплавательных аппаратов, таких, как дирижабли. Вышел из употребления из-за ряда катастроф. Причиной стала горючесть газа.

Как и где хранить водород

Правильному хранению газа уделяется большое внимание. Выбор определенной емкости зависит от объема вещества, которое нужно закачать внутрь. Обычно емкость имеет двойную стенку — одна из аустенитной, вторая из высокопрочной стали.

Давление в сосудах, которые применяются для перевозки, составляет до 20 Мпа. Применяются баллоны с достаточно большим весом.

Если требуется разместить большой объем газа, он закачивается в крупные газгольдеры. Внутри контролируется давление, которое редко превышает отметку в 10 Мпа.

При хранении и перевозке стоит соблюдать стандартные правила:

• Не оказывать на баллоны сильного давления.
• Исключать нагрев тары.
• Правильно закрепить баллоны, установить между ними специальные смягчающие прокладки.

Требуется регулярно проводить проверку, освидетельствование и ремонт баллонов, которые используются при хранении и транспортировке. Емкости не должны иметь сильных механических повреждений, следов коррозии, вмятин.

Специализированные компании регулярно проводят обслуживание, меняют арматуру на баллонах, обновляют защитное лакокрасочное покрытие. Надо учитывать рекомендации производителей по обслуживанию, следить за сроком эксплуатации.

Каким цветом окрашены водородные баллоны

Вещество перевозится в темно-зеленых емкостях. Надписи наносятся на поверхность красным цветом. 

Источники:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4
2. Водород в энергетике. Р.Радченко, А.Мокрушин, В.Тюльпа
3. https://energypolicy.ru/wp-content/uploads/2021/03/%E2%84%963157-2021-2.pdf

Если вам понравилась статья, поделитесь ей в социальных сетях

Водород — Топливо и технологии

Ключевые результаты

Мировой спрос на водород по секторам в сценарии Net Zero, 2019–2030 гг.

Открытьразвернуть

Мировой спрос на водород продолжает расти, но необходимы более быстрые действия для достижения цели по полному нулевому уровню выбросов к 2050 году

Импульс за водородом оставался сильным в течение прошлого года. Девять стран, на которые сегодня приходится около 30% глобальных выбросов энергетического сектора, опубликовали свои национальные стратегии на 2021–2022 годы.

Что касается предложения, то мощность производства электролизеров удвоилась по сравнению с прошлым годом, достигнув почти 8 ГВт в год; а реализация всех находящихся в стадии разработки проектов может привести к установленной мощности электролизеров к 2030 году на уровне 134-240 ГВт, что вдвое больше, чем ожидалось в прошлом году.

Тем не менее, эти заслуживающие похвалы разработки по-прежнему ниже того, что необходимо для реализации сценария «Нулевые выбросы к 2050 году». Требуются более быстрые действия по созданию спроса на водород с низким уровнем выбросов и привлечению инвестиций, которые могут ускорить масштабирование производства и развертывание инфраструктуры.

Водород: отслеживание прогресса, 2022 г., круговая стрелка

Кумулятивное сокращение выбросов за счет мер по смягчению последствий в сценарии Net Zero, 2021–2050 годы

Открытьразвернуть

Водород становится все более важной частью головоломки с нулевыми выбросами к 2050 году

Ключевыми столпами обезуглероживания глобальной энергетической системы являются энергоэффективность, изменение поведения, электрификация, возобновляемые источники энергии, водород и топливо на его основе, а также CCUS. Важность водорода в Сценарии чистых нулевых выбросов отражается в его растущей доле в кумулятивных сокращениях выбросов. Таким образом, устойчивый рост спроса на водород и внедрение более чистых технологий для его производства позволяют водороду и топливу на его основе избежать выбросов CO2 до 60 Гт в 2021–2050 годах в сценарии нулевых выбросов, что составляет 6% от общего совокупного сокращения выбросов.

Global Hydrogen Reviewcircle-arrow

Исследуйте больше данных

Datacircle-стрелка

набор данных карты

набор данных карты

Анализ

Весь анализкруг-стрелка

Наша работа по водороду

Hydrogen TCP, основанная в 1977 году, работает над ускорением внедрения и широкого использования водорода в сферах производства, хранения, распределения, энергетики, отопления, мобильности и промышленности. Программа Hydrogen TCP направлена ​​на оптимизацию защиты окружающей среды, повышение энергетической безопасности, трансформацию глобальных энергетических систем и управление энергосистемами, а также на содействие международному экономическому развитию, а также на то, чтобы служить главным мировым ресурсом для экспертизы во всех аспектах водородных технологий.

Водород TCP

События

Все событияcircle-arrow

окт 2023

Global Hydrogen Review 2023

Запуск отчета

Watch

15 апр 2023

Вклад МЭА в G7 в 2023 г.

Конференция — Саппоро, Япония

15 ноя 2022 13:00—14:30

МЭА на COP27: Расширение масштабов использования низкоуглеродной энергетики — акцент на атомную энергетику и водород

Мероприятие — Шарм-эль-Шейх, Египет

Смотреть

22 сентября 2022 г.

Global Hydrogen Review 2022

Запуск отчета

Последние новости

Все новостиКруг-стрелка

МЭА проводит анализ широкого спектра видов топлива и технологий для председательства Японии в G7

Новости — 13 апреля 2023

Согласно новому совместному исследованию IEA и EPO, патенты на водород

указывают на переход к чистым технологиям, таким как электролиз.

Новости — 10 января 2023

Многообещающие достижения в производстве электролизеров способствуют росту производства водорода с низким уровнем выбросов

Новости — 22 сентября 2022

Исполнительный директор провел двустороннюю встречу с австрийским министром Гевеслером в Вене

Новости — 06 мая 2022

Сопутствующие виды топлива и технологии

Все виды топлива и технологииcircle-arrow

Что такое водород? | Объяснение водородной энергетики

Водород — это чистая альтернатива метану, также известному как природный газ. Это самый распространенный химический элемент, на долю которого, по оценкам, приходится 75 % массы Вселенной.

Здесь, на Земле, огромное количество атомов водорода содержится в воде, растениях, животных и, конечно же, в людях. Но хотя он присутствует почти во всех молекулах живых существ, его очень мало в виде газа — менее одной части на миллион по объему.

Водород может быть получен из различных ресурсов, таких как природный газ, ядерная энергия, биогаз и возобновляемая энергия , например солнечная энергия и ветер. Задача состоит в том, чтобы использовать водород в качестве газа в больших масштабах для топлива наших домов и предприятий.
 

Почему водород важен как экологически чистый источник энергии будущего?

Топливо — это химическое вещество, которое можно «сжечь» для получения полезной энергии. Горение обычно означает, что химические связи между элементами в топливе разрываются, и элементы химически соединяются с кислородом (часто из воздуха).

В течение многих лет мы использовали природный газ для отопления наших домов и предприятий, а электростанции — для выработки электроэнергии. В Великобритании 85% домов и 40% электричества в стране в настоящее время зависят от газа; в США 47% домохозяйств используют природный газ и 36% — электричество ¹ .

Метан является основным компонентом «природного газа» нефтяных и газовых месторождений. Мы продолжаем использовать природный газ, потому что это легкодоступный ресурс, он экономически эффективен и является более чистой альтернативой углю — самому грязному ископаемому топливу, на которое мы исторически полагались для отопления и производства электроэнергии.

При сжигании природного газа выделяется тепловая энергия. Но побочным продуктом наряду с водой является углекислый газ, который при выбросе в атмосферу способствует изменение климата . При сжигании водорода не выделяется углекислый газ.
 

В чем разница между голубым водородом и зеленым водородом?

Голубой водород производится с использованием природного газа в качестве сырья одним из двух основных методов:

• Паровая конверсия метана является наиболее распространенным методом производства объемного водорода и составляет большую часть мирового производства. В этом методе используется реформинг-установка, в которой пар при высокой температуре и давлении реагирует с метаном и никелевым катализатором с образованием водорода и монооксида углерода (CO).

• Автотермический риформинг использует кислород и двуокись углерода (CO ₂ ) или пар для реакции с метаном с образованием водорода.

Недостатком этих двух методов является то, что они производят углерод в качестве побочного продукта, поэтому улавливание и хранение углерода (CCS) необходимо для улавливания и хранения этого углерода.

Зеленый водород производится с использованием электричества для питания электролизера, который отделяет водород от молекул воды. Этот процесс производит чистый водород без вредных побочных продуктов. Дополнительным преимуществом является то, что, поскольку в этом методе используется электричество, он также дает возможность направить любой избыток электричества, который трудно хранить (например, избыточную энергию ветра), на электролиз, используя его для создания газообразного водорода, который можно хранить для будущего. энергетические потребности.

Узнайте больше о цветовом спектре водорода

 

Водород уже используется в качестве топлива?

Да. Уже есть автомобилей , которые работают на водородных топливных элементах. В Китае самое большое количество водородных заправочных станций для дорожных транспортных средств в мире, где вы можете заправиться так же, как бензином или дизельным топливом, и за то же время, что и автомобиль, работающий на традиционном топливе. Япония занимает второе место по количеству таких заправочных станций, за ней следуют Южная Корея, Германия и США.

Водород также является захватывающим легким топливом для автомобильного, воздушного и морского транспорта. Международная служба доставки DHL уже располагает парком фургонов h3, способных проехать 500 км без дозаправки.
 

Каковы потенциальные тормоза для ускорения использования водорода в качестве экологически чистой энергии?

Чтобы водород стал жизнеспособной альтернативой метану, его необходимо производить в больших масштабах, экономично, а существующую инфраструктуру необходимо адаптировать.