книги из ГПНТБ / Иоффе, Вениамин Борисович. Основы производства водорода

никеля или смешанные катализаторы (на основе окиси никеля и окиси меди).

Гидрогенизация жиров. Этот процесс позволяет получать из жидких растительных жиров или растительных масел твердые жировые продукты, обладающие значительно более ценными свойствами, чем жидкие. Продукты гидрирования жиров перера­ батываются в маргарин, являющийся высококачественным пи­ тательным веществом, а также служат сырьем для мыловаренной промышленности.

Сущность процесса заключается в частичном насыщении водо­ родом глицеридов непредельных кислот (олеиновой, линолевой и др.), входящих в состав жидких жиров или растительных масел.

со суспендированным катализатором. В качестве катализатора обычно применяется никель (на кизельгуре), полученный вос­ становлением карбоната или термическим разложением формиата. Для проведения процесса восстановленный катализатор в дис­ персном состоянии затирается с сырьем (маслом) в однородную массу. Гидрирование масла происходит в автоклаве, где масса, нагретая до 240—250° С, обрабатывается водородом в течение нескольких часов. Давление в автоклаве обычно поддерживается равным 3 атм.

Теоретический расход водорода на гидрогенизацию жиров может быть определен по формуле

0 “ т Ж - • <‘ М >

где G — ресход водорода в нм3 на 1 m гидрированного продукта; Jx — йодное число исходного сырья;

J2 — йодное число гидрированного продукта.

Действительный расход водорода превышает теоретический на 15—20%. В зависимости от йодного числа исходного жира, степени насыщения его водородом и чистоты последнего расход водорода составляет 50—80 нм3 на 1 т гидрированного жира.

Технический водород, поступающий на гидрогенизацию жи­ ров, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 3022—45.

Синтез аммиака

Этот процесс дает возможность получать аммиак синтетиче­ ским путем непосредственно из газообразных элементов по ура­ внению

Рабочие температуры процесса в зависимости от активности катализатора и режима давления находятся в пределах 400— 650° С.

Синтез аммиака может проводится: а) при относительно низ­ ких давлениях (100 атм); б) при средних давлениях (200—300 атм)\ в) при высоких давлениях (700—1000 атм).

Катализатором процесса обычно служит железо с добавкой небольших количеств АЬОз и КгО. Катализатор синтеза аммиака очень чувствителен к отравлению химическими ядами. Поэтому азотоводородная смесь, направляемая на синтез аммиака, должна быть полностью очищена от сероводорода и других сер­ нистых соединений, а также должна быть практически свободна от кислорода и его соединений (НгО, СО, СОг).

понижается парциальное давление основных исходных компо­ нентов (Нг и N2). Во избежание накопления метана в системе, часть циркулирующей азотоводородной смеси приходится перио­ дически выводить, что связано с потерями азотоводородной смеси. Обычно содержание СШ в азотоводородной смеси допускается не свыше 0,2—0,3 об. % для систем с низким и средним давлением и не свыше 0,5—0,6 об. % для систем высокого давления.

Практический расход азотоводородной смеси на синтез ам­ миака зависит от ряда факторов (чистоты газа, направляемого на

При взаимодействии СО и Нг могут образовываться, кроме метанола, другие соединения (углеводороды, альдегиды и др.). Поэтому для увеличения выхода целевого продукта и уменьше­ ния выходов побочных веществ реакция между СО и Нг должна проводиться в определенных условиях. Преимущественное на­ правление реакции в сторону образования метанола достигается

§ 3. Краткие сведения о других областях применения водорода

Синтез хлористого водорода. Синтез НС1 осуществляется непосредственным взаимодействием газообразных водорода и хлора по уравнению

в виде факела. Образующийся при этом хлористый водород по­ глощают водой с образованием 30%-ной соляной кислоты.

Расход водорода (100%) на 1 т хлористого водорода составляет обычно около 375 нм3.

Обычно процесс получения НС1 из элементов организуется на тех заводах, где имеются установки по электролитическому разложению растворов хлористых солей щелочных металлов и где имеется возможность использовать для синтеза НС1 побочный водород электролиза.

Водород в качестве защитной атмосферы. Как известно, в ряде случаев термическая обработка некоторых металлов и изделий из них должна проводиться в условиях, исключающих их окисле­ ние. Для предохранения от окисления металлов и изделий при их нагреве и последующем охлаждении применяются защитные атмосферы.

Использование водорода в качестве защитной атмосферы лимитируется его взрывоопасностью и высокой стоимостью. Кроме того, в присутствии даже небольших количеств влаги водород является активным декарбонизатором, что также ограничивает область его применения.

3*

•отжиге изделий из вольфрама и молибдена. Кроме того, защит­ ная атмосфера из водорода находит применение при отжиге мало­ углеродистой стали, высококремнистой стали, медно-никелевых сплавов, при пайке медью нержавеющей стали, в процессах по­ рошковой металлургии, связанных с получением малоуглероди­ стых черных металлов, вольфрама, молибдена и некоторых марок нержавеющей стали.

Во многих случаях термической обработки металлов, как, напри­ мер, при отжиге, пайке, нормализации малоуглеродистых ста­ лей, при пайке медью высокохромистых сталей, в качестве защитной атмосферы применяется диссоциированный аммиак, состоящий из 75 об. % Нг и 25 об. % N2. Диссоциированный аммиак менее взрывоопасен, чем водород. Обезуглероживающее действие у диссоциированного аммиака выражено слабее, чем у водорода.

Водород в качестве восстановителя. В ряде случаев водород­ ная среда используется не только для предохранения от окисле­ ния, но и для целей непосредственного восстановления. Примером реакции восстановления под действием водородной среды может служить получение железа из окалины (в порошковой металлур­ гии) и некоторые другие процессы.

Использование водородно-кислородного пламени. В связи с тем, что при горении водорода в атмосфере кислорода образуется чистое, некоптящее пламя и развиваются температуры, превы­ шающие 2000° С, водородно-кислородное пламя используется для термической обработки некоторых изделий в тех случаях, когда требуется нагревать изделие до высоких температур, а на­ лет сажи на нем недопустим. Классическим примером использо­ вания водородно-кислородного пламени является применение последнего для выдувания изделий из кварцевого стекла, где требуется нагрев до температуры —-2100—2300° с помощью чи­ стого некоптящего пламени. Коптящее пламя приводит к от­ кладыванию на поверхности стекла частиц углерода, что имеет следствием заметное снижение качества изделия.

Так как в условиях высоких температур примеси соединений углерода в водороде (GO, СО2, СШ) могут привести к образова­ нию элементарного углерода, для получения некоптящего водо- родно-кислородного пламени обычно используется электролити­ ческий водород. Метод электролиза в данном случае удобен еще и тем, что при этом одновременно с водородом вырабатывается и кислород в количествах, необходимых для образования во­ дородно-кислородного пламени.

Сварка атомарным водородом. Сварка атомарным водородом основана на свойстве металлов накаливаться в направленной струе атомов этого газа. Накаливание происходит в результате

поглощения металлом большого количества тепла, выделяюще­ гося при воссоединении атомов водорода на поверхности ме­ талла.

Обычный аппарат для атомноводородной сварки состоит из двух вольфрамовых электродов, между которыми пропускается элементарный водород (из баллонов или из другого источника). При прохождении газа через аппарат образуется вольтова дуга, в которой молекулярный водород превращается в атомарный. Полученный атомарный водород направляется на место сварки.

Большим преимуществом атомноводородной сварки является то обстоятельство, что струя атомарного водорода одновременно со сваркой предохраняет место сварки от окисления. Таким об­ разом, в отличие от автогенной сварки окалина на обрабатывае­ мом материале при этом методе сварки не образуется.

Атомноводородная сварка характеризуется равномерностью нагрева, высокими скоростями сварки, гладким и плотным свар­ ным швом и большой прочностью последнего.

В силу вышеуказанных преимуществ метод атомноводородной сварки, несмотря на дороговизну, находит применение для сварки высококачественных сталей, коррозионно-устойчивых материалов и ряда цветных металлов. Особенно пригоден этот метод для сварки тонких металлических изделий.

Водородное охлаждение электрических машин. За последнее время для охлаждения электрических машин и, в частности, турбогенераторов электрического тока вместо воздуха стал при­ меняться водород.

Использование водорода для обдувки и охлаждения электри­ ческих машин основано на выгодах, которые дает применение для этих целей газов с низким удельным весом и высокой теплопровод­ ностью. Необходимо напомнить, что водород легче воздуха в 14 с лишним раз, а теплопроводность первого превышает таковую воздуха —- в 7 раз.

При водородном охлаждении турбогенераторов резко сни­ жаются потери напора (а следовательно и электроэнергии) на трение ротора и на вентиляцию машины, что в результате приво­ дит к повышению коэффициента полезного действия (к. п. д.) агрегата. По данным Е. Г. Комара [3], к. п. д. турбогенератора с водородным охлаждением по сравнению с применением воз­

на 1%.

Высокая теплопроводность водорода имеет следствием более эффективный съем тепла, что позволяет при переводе машин с воздушного охлаждения на водородное существенно повысить мощность машины. Мощность турбогенераторов увеличивается при этом почти на 20%.

38 Глава I I

Применение водородного охлаждения электрических машин имеет и другие преимущества. Например, вследствие отсутствия окисления изоляция сохраняется лучше, чем при воздушном охлаждении.

Водород как моторное топливо. Водород может быть применен в качестве моторного топлива в двигателях внутреннего сгорания. При этом основным достоинством водородного топлива является отсутствие при его сгорании вредных выхлопных газов и нагара на цилиндрах, образующихся при работе других топлив, содер­ жащих углерод.

Водородный двигатель может быть легко запущен при любых температурах наружной среды.

Теплотворная способность 1 кг водорода выше, чем у обычных топлив. Количество тепла, выделяющееся при горении 1 кг водо­ рода, составляет ~ 33900 ккал. Однако большим недостатком

Для увеличения калорийности единицы рабочего объема при­ ходится сжимать водород до высоких давлений (порядка несколь­ ких сот атмосфер).

Целесообразность применения водородного топлива в настоя­ щее время ограничивается возможностью производства дешевого водорода. В отдельных случаях использование водорода в ка­ честве моторного топлива может оказаться рациональным. Это справедливо в основном для стационарных двигателей на силовых установках завода, где имеются избытки водорода, или на тех электростанциях, где существует возможность расходовать для покрытия пиковых нагрузок водород, полученный и аккумули­ рованный в часы минимальных нагрузок. Очевидно, что наиболее подходящим методом получения водорода в этих условиях является электролиз воды под давлением.

Применение водородного топлива в транспортных и передвиж­ ных двигателях представляется нецелесообразным, так как вес