Применение водорода

Водород, обладающий высокой химической активностью, в чистом виде в природе мало распространен. В промышленных масштабах его получают несколькими способами, наибольшее распространение из которых получили:

— электролиз водных растворов хлоридов или гидроксидов щелочных металлов;
— конверсия кокса и водяного пара;
— конверсия метана и водяного пара;
— термическое разложением метана;
— фракционное сжижение коксового газа.

Водород для технических целей должен содержать не более 0,05% примесей (марка А) или не более 0.01% (марка Б). Благодаря высокой химической активности, исключительной легкости и большому количеству тепла, выделяемому при горении, водород нашел широкое применение в промышленности. В разных отраслях он используется и как основное сырье, и как вспомогательный материал, и как топливо. По статистике, потребление водорода удваивается каждые 15 лет.

Основной потребитель этого газа – предприятия нефтепереработки и нефтехимии, куда идет до 50% водорода, получаемого промышленным путем. К примеру, для гидроочистки 1 м3 нефти от сернистых соединений требуется до 110 м3 газообразного водорода, а на гидрокрекинг того же количества нефти объемный расход водорода составляет 450 м3. На проведение каталитического риформинга водород расходуется в еще больших количествах. Часто для повышения качества некоторых видов нефти и угля с низким водородным показателем используют процесс гидрогенизации (химическое присоединение водорода по непредельным связям).

Целый ряд полимеров, углеводородных соединений и пластических масс невозможно получить без использования водорода.

Промышленный водород идет на синтез аммиака, который впоследствии используется для производства азотной кислоты и азотных удобрений. Водород для этих целей должен обладать максимальной химической чистотой, что обеспечивается только при электролизном способе его производства. Важнейший продукт химической промышленности – соляная кислота – не может быть получена без водорода.

Благодаря высокой теплопроводности и отсутствию токсического воздействия, водород активно используется в электроэнергетике для охлаждения турбогенераторов высокой мощности. Так, для тепловой электростанции мощностью 2500 МВт расход водорода составляет 14, 2 м3\час, причем наблюдается обратная зависимость: чем меньше мощность турбогенератора, тем выше расход водорода на его охлаждение.

При высоких температурах водород проявляет восстановительную активность, «оттягивая» на себя атомы кислорода из оксидов металлов. Благодаря этому водород в больших объемах используется в черной и цветной металлургии для получения чистых металлов (метод прямого восстановления руды). В частности, производство химически чистой меди, молибдена и вольфрама без применения водорода просто невозможно.

В пищевой промышленности также не обойтись без водорода, при этом основное его потребление приходится на предприятия по выпуску специализированных жиров и маргаринов. Процесс гидрогенизации жиров позволяет из жидких растительных масел (подсолнечного, кукурузного, хлопкового) получать твердые жиры, которые впоследствии используются для производства заменителей масла какао, специализированных маргаринов для выпечки, эмульгаторов (моно- и диглицеридов). Кстати, именно в состав масложировых комбинатов часто входят мыловаренные заводы, являющиеся активными потребителями газообразного водорода.

Некоторые продукты упаковываются в тару с защитной водородной средой (водород используется как пропеллент).

В фармацевтической промышленности и медицине водород используется для производства перекиси водорода и изготовления ряда лекарственных препаратов.

В метеорологии водородом наполняют атмосферные зонды. В недалеком прошлом (20-30-е годы прошлого века) водородом наполнялись дирижабли. Однако, после нескольких взрывов вместо водорода стали использовать инертный гелий.

Всего через каких-то 20 лет жидкий водород был применен в качестве восстановителя для ракетного топлива. При его сгорании выделяется колоссальное количество энергии, позволяющее ракете развить первую и вторую космические скорости и выйти на орбиту. Для запуска одной ракеты-носителя требуется порядка 100 т жидкого водорода.

Реакция горения (окисления) положена в основу водородной сварки: электрическая дуга переменного тока горит в атмосфере водорода между двумя электродами из вольфрама. Поскольку при этом происходит большое выделение тепла, температура пламени достигает 3000°, а при использовании специальных горелок достигает и почти 4000°С, что позволяет сваривать тугоплавкие металлы.

Ученые сходятся во мнении, что будущее энергетики – за водородным топливом. Поскольку нефть и уголь относятся к невозобновляемым ресурсам, работы по созданию водородных двигателей и установок для выработки энергии из водорода активно ведутся во многих странах. Перспективы самые радужные: с точки зрения экологии водородное топливо совершенно безвредно, т.к. единственный продукт его сгорания – вода. Она же и может использоваться в качестве сырья для получения водорода электролитическим разложением.

Недавно японские производители представили новинку — автомобиль Honda FCX, который проезжает 360 км на баке водорода объемом 150 л. Конечно, пока стоимость таких автомобилей и расходы на их эксплуатацию непомерно высоки, но успехи конструкторов позволяют надеяться на достижение хороших экономических показателей.
Ученые-футурологи предполагают, что серийный выпуск автомобилей на водородном топливе будет налажен уже через 30-35 лет. Кроме того, широкое распространение получат домашние топливные элементы, действие которых основано на окислении водорода. Возможно также строительство ядерно-водородных энергетических комплексов.
Несколько интересных фактов о водороде: если водород вдохнуть, и на выдохе разговаривать, то голос изменит свой тембр; водород – самый распространенный химический элемент во Вселенной; только изотопы водорода имеют собственные названия (дейтерий и тритий); действие самой мощной водородной бомбы основано на расщеплении одного из самых легких атомов. С водородом нужно обращаться с предельной осторожностью: в определенном соотношении с воздухом он может образовываться так называемый «гремучий газ», взрыв которого обладает огромной разрушительной силой. Поэтому хранение и транспортировка водорода должна производиться с особой осторожностью.

Компания «DP Air Gas» уделяет огромное внимание качеству и безопасности поставляемой продукции. Газовые баллоны соответствуют всем техническим требованиям, на каждую партию имеется удостоверение качества. Полную информацию о продукции, поставляемой компанией «DP Air Gas» можно получить здесь.

Запись опубликована в рубрике Водород с метками . Добавьте в закладки постоянную ссылку.