Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Основные промышленные технологии производства водорода. Физико-химические основы процессов



Выделяют несколько промышленных методов получения водорода.

1. Пароводяная конверсия природного газа (метана)

1стадия: CH4 + H2O = CO + H2 при 9000C , Kat – Ni.

2 стадия: CO + H2O = CO2 + H2 при 4500 C Kat- Fe2O3

Углекислый газ отделяют от водорода поглощением водой под давлением или теплым раствором карбоната калия.

2. Конверсия CO: CO + H2O = CO2 + H2 при 4500 С Kat- Fe2O3.

3.Действием водяного пара на кокс при 1200- 1400 0С: C + H2 = CO + H2. Добавляя избыток водяного пара, полученный « водяной газ» ( смесь СО и водорода) переводят в смесь СО2 и водорода.

4. Коксовый газ- газ полученный при коксовании каменного угля – содержит 50 -60% (по объему) водорода. Водород отделяют от других компонентов коксового газа путем вымораживания примесей.

5. Водород образуется в качестве побочного продукта в процессах крекинга нефти. Разложение нефти при высокой температуре без доступа воздуха приводит к образованию водорода и коксообразного остатка, состоящего в основном из углерода («пиролиз нефти») СхНу = хС + у/2 H2.

6. Термическое разложение метана : СН4 = С +2 Н2 реакция протекает при температуре выше 20000С и ведется в основном для получения сажи.

7. Электролиз водного раствора хлорида натрия:

2 NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2

8. Перспективными промышленными методами получения водорода является:

а) термическая диссоциация воды при высоких температурах :

2О = 2Н2 + О2 при 2500-30000С.

б) Разложение воды с помощью нитрата натрия и йода, процесс протекает в 3 стадии:

1) LiNO2 + I2 + H2O = LiNO3 + 2KI.

2) 2HI = H2 + I2 при4300С.

3) 2LiNO3 = 2 LiNO2 +O2 при 5000С.

 

Технология электрохимического производства на примере получения каустической соды, хлора и водорода. Работа ванн с железным и ртутным электродами. Физико-химические основы процессов.

Каустическая сода - самая распространённая щёлочь, объемы производства и потребления которой в год составляют до 57 миллионов. Чистый гидроксид натрия NаОН представляет собой белую непрозрачную массу, жадно поглощающую из воздуха водяные пары и углекислый газ.
Существуют две модификации безводного едкого натра –α-NаОН с ромбической формой кристаллов и β-NаОН с кристаллами кубической формы. С водой NаОН образует ряд кристаллогидратов: NaOH*H2O, где n = 1, 2, 2,5, 3,5, 4, 5,25 и 7.

На сегодняшний день каустическую соду получают либо путем электролиза раствора хлорида натрия (NaCl) с образованием гидроксида натрия и хлора, либо, реже, с помощью более старого способа, основанного на взаимодействии раствора кальцинированной соды с гашеной известью. Большое количество производимой в мире кальцинированной соды используется для получения каустической соды. Взаимодействие раствора кальцинированной соды с гашеной известью. Каустическую соду получают из кальцинированной на установке периодического или непрерывного действия. Процесс обычно проводят при умеренных температурах в реакторах, оборудованных мешалками. Реакция образования каустической соды представляет собой реакцию обмена между карбонатом натрия и гидроксидом кальция:

Na2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2NaOH.

Карбонат кальция выпадает в осадок, а раствор гидроксида натрия отводится в коллектор.
Электролизные методы.

В промышленном масштабе гидроксид натрия получают электролизом растворов галита (каменная соль NaCl) с одновременным получением водорода и хлора:
2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH.

Когда концентрированный раствор хлорида натрия подвергается электролизу, образуются хлор и гидроксид натрия, но они реагируют друг с другом с образованием гипохлорита натрия – отбеливающего вещества. Этот продукт, в свою очередь, особенно в кислых растворах при повышенных температурах, окисляется в электролизной камере до перхлората натрия. Чтобы избежать этих нежелательных реакций, электролизный хлор должен быть пространственно отделен от гидроксида натрия. В большинстве промышленных установок, используемых для получения электролизной каустической соды, это осуществляется с помощью диафрагмы (диафрагменный метод), помещенной вблизи анода, на котором образуется хлор. Существуют установки двух типов: с погруженной или непогруженной диафрагмой. Камера установки с погруженной диафрагмой целиком заполняется электролитом. Соляной раствор втекает в анодное отделение, где из него выделяется хлор, а раствор каустической соды заполняет катодное отделение.

Мембранный метод — аналогичен диафрагменному, но анодное и катодное пространства разделены катионообменной мембраной. Мембранный электролиз обеспечивает получение наиболее чистого каустика. Непрерывное разделение хлора и каустика можно также осуществить в установке с ртутным катодом (ртутный электролиз). Металлический натрий образует с ртутью амальгаму, которая отводится во вторую камеру, где натрий выделяется и реагирует с водой, образуя каустик и водород. Каустическую соду получают из кальцинированной на установке периодического или непрерывного действия. Процесс обычно проводят при умеренных температурах в реакторах, оборудованных мешалками. Реакция образования каустической соды представляет собой реакцию обмена между карбонатом натрия и гидроксидом кальция: Na2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2NaOH. Карбонат кальция выпадает в осадок, а раствор гидроксида натрия отводится в коллектор.

Электролизные методы.

В промышленном масштабе гидроксид натрия получают электролизом растворов галита (каменная соль NaCl) с одновременным получением водорода и хлора: 2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH. Когда концентрированный раствор хлорида натрия подвергается электролизу, образуются хлор и гидроксид натрия, но они реагируют друг с другом с образованием гипохлорита натрия – отбеливающего вещества. Этот продукт, в свою очередь, особенно в кислых растворах при повышенных температурах, окисляется в электролизной камере до перхлората натрия. Чтобы избежать этих нежелательных реакций, электролизный хлор должен быть пространственно отделен от гидроксида натрия.

Сегодня хлор в промышленных масштабах получают вместе с гидроксидом натрия и водородом путём электролиза раствора поваренной соли, основные процессы которого можно представить суммарной формулой: 2NaCl + 2H2О ±2е- → H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH.

Наибольшее распространение в промышленности имеет электролиз водных растворов хлоридов натрия и калия. Наряду с ионами натрия (калия) и хлора в растворе присутствуют ионы водорода и гидроксильные ионы. Поведение этих ионов при электролизе определяется значением соответствующих разрядных потенциалов и материалом электродов.

при электролизе водных растворов указанных солей на катоде будет выделяться в первую очередь водород, а не щелочные металлы. Выделение водорода нарушает равновесие диссоциации воды, и у катода будут скапливаться гидроксильные ионы. Поскольку наряду с ионами водорода к катоду идут ионы калия или натрия, в катодном пространстве в конечном счете накапливается щелочь. Продукты электролиза — щелочь и хлор — могут между собой вступать в реакцию: NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O

электролиз также увеличивается. При проведении электролиза с ртутным катодом абсолютное значение потенциалов разряда ионов натрия и калия сильно уменьшается, а ионов водорода — увеличивается. Это объясняется способностью щелочных металлов растворяться в ртути с образованием амальгамы и большим перенапряжением водорода на ртутном катоде. Поэтому при электролизе с ртутным катодом выделяется не водород, а натрий или калий, дающий амальгаму. На аноде, как видно из нормальных потенциалов разложения, должны были бы разряжаться гидроксильные ионы. В действительности же при электролизе выделяется не кислород, а хлор. Объясняется это большим повышением потенциала разряда кислорода за счет перенапряжения (особенно на угольных анодах) и за счет незначительной концентрации гидроксильных ионов. Электролиз растворов хлористого натрия или калия проводится в электролитических ваннах, называемых также электролизерами, которые различаются по способам разделения анодных и катодных продуктов.

Ванны с ртутным катодом позволяют получать щелочь более высокой концентрации и высокой чистоты. К числу недостатков этого метода относится повышенный расход электроэнергии, вызываемый перенапряжением.

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.