1. Самое крупное производство водорода основано на каталитической конверсии углеводородов с водяным паром по схеме C_nH_{2n + 2} + nH₂O ® nCO + (2n + 1)H₂ и C_nH_{2n + 2} + 2nH₂O ® nCO₂ + (3n + 1)H₂. Температура процесса зависит от состава катализатора. Известно, что температуру реакции с пропаном можно снизить до 370° С, используя в качестве катализатора боксит. До 95% производимого при этом CO расходуется при дальнейшей реакции с парами воды:

H₂O + CO ® CO₂ + H₂

2. Метод водяного газа дает значительную часть общего производства водорода. Сущность метода заключается в реакции паров воды с коксом с образованием смеси CO и H₂. Реакция эндотермична (DH° = 121,8 кДж/моль), и ее проводят при 1000° С. Нагретый кокс обрабатывают паром; выделяющаяся очищенная газовая смесь содержит некоторое количество водорода, большой процент CO и небольшую примесь CO₂. Для повышения выхода H₂ монооксид CO удаляют дальнейшей паровой обработкой при 370° C, при этом получается больше CO₂. Углекислый газ довольно легко удалить, пропуская газовую смесь через скруббер, орошаемый водой противотоком.

3. Электролиз. В электролитическом процессе водород является фактически побочным продуктом производства главных продуктов – хлора и щелочи (NaOH). Электролиз проводят в слабощелочной водной среде при 80° C и напряжении около 2В, используя железный катод и никелевый анод:

4. Железо-паровой метод, по которому пар при 500–1000° C пропускают над железом: 3Fe + 4H₂O Fe₃O₄ + 4H₂ + 160,67 кДж. Получаемый этим методом водород обычно используют для гидрогенизации жиров и масел. Состав оксида железа зависит от температуры процесса; при <560° C преобладает Fe₃O₄, выше 560° С возрастает доля FeO. Небольшую примесь CO удаляют, пропуская нагретую смесь H₂ + CO над катализатором. При этом CO превращается в метан СH₄.

5. Водород как побочный продукт получается при частичном окислении и термическом крекинге углеводородов в процессе производства сажи:

C_nH_{2n + 2} ® nC + (n + 1)H₂

6. Следующим по объему производства является метанол-паровой метод: CH₃OH + H₂O ® 3H₂ + CO₂. Реакция эндотермична и ее проводят при ~260° C в обычных стальных реакторах при давлении до 20 атм.

7. Каталитическое разложение аммиака:

2NH₃ N₂ + 3H₂

Реакция обратима. При небольших потребностях в водороде этот процесс неэкономичен.

Существуют также разнообразные способы получения водорода, которые, хотя и не имеют большого промышленного значения, в некоторых случаях могут оказаться экономически наиболее выгодными. Очень чистый водород получается при гидролизе очищенных гидридов щелочных металлов; при этом из малого количества гидрида образуется много водорода:

LiH + H₂O ® LiOH + H₂

(Этот метод удобен при непосредственном применении получаемого водорода.) При взаимодействии кислот с активными металлами также выделяется водород, однако при этом он обычно загрязнен парами кислоты или другим газообразным продуктом, например фосфином PH₃, сероводородом H₂S, арсином AsH₃. Наиболее активные металлы, реагируя с водой, вытесняют водород и образуют щелочной раствор:

2H₂O + 2Na ® H₂ + 2NaOH

Распространен лабораторный метод получения H₂ в аппарате Киппа по реакции цинка с соляной или серной кислотой: Zn + 2HCl ® ZnCl₂ + H₂.

Гидриды щелочноземельных металлов (например, CaH₂), комплексные солевые гидриды (например, LiAlH₄ или NaBH₄) и некоторые бороводороды (например, B₂H₆) при реакции с водой или в процессе термической диссоциации выделяют водород. Бурый уголь и пар при высокой температуре также взаимодействуют с выделением водорода.

назад   дальше