ет-рической смеси, МДж/кг

?Здесь и далее объем газа дается при нормальных условиях без добавления буквы "н".

"Условное топливо имеет низшую теплоту сгорания 29,31 МДж/кг.

с водородными баллонами. Вырвавшись

I

Химические свойства водорода хорошо изучены. Он является восстановителем. Однако при обычных температурах с КИСЛО' родом и хлором практически не реагирует, что обусловлено высокой энергией активации, необходимой для разрушения прочной химической СВЯЗИ в молекулах ЭТИХ реагентов. Н» поверхности катализаторов процесс РЕЗКО ускоряется, НАПРИХ6' на поверхности платиновой ЧЕРНИ реакция идет со взрывом-Процесс ускоряется при повышении давления и температура При температурах 500°С и выше водород реагирует с кислород*1 и без катализатора. Особая осторожность должна соблюдать1^ при обращении

152

^исправного баллона сильной струей, водород может загореть-^ и превратить незакрепленный баллон в реактивный снаряд.

Водород при нагревании восстанавливает оксиды многих ^таллов, поэтому используется для получения металлов. 0Одород легко присоединяется к атомам углерода с кратной связью, поэтому применяется для, гидрогенизации жиров и непредельных углеводородов.

Водород со многими металлами образует твердые растворы и химические соединения, включая солеподобные гидриды. В гИдрйдах щелочных и щелочноземельных металлов водород находится'в виде иона Н".

Водород, особенно при высоких давлениях и температурах, проникает в некоторые металлы и сплавы, в том числе в стали, вызывая водородную хрупкость.

3.1.3. Методы получения водорода. Водород может быть получен различными методами из воды, углеводородов, спиртов, сероводорода, аммиака и других водосодержащих соединений. Подробное расмотрение всех методов получения водорода выходит за пределы данной книги. Кратко остановимся лишь на тех, которые имеют промышленное применение или перспективу применения:

паровая и парокислородная конверсия природного газа и углеводородов нефти;

газификация угля;

электролиз воды и водяного пара;

термохимическое и термоэлектрохимическое разложение воды;

плазмохимическое разложение воды и сероводорода.

Метод паровой и парокислородной конверсии природного газа и углеводородов нефти и газификация угля были расмотре-ны в § 2.7. Настоящая глава в основном посвящена электролизу

ВОДЫ.

Термохимическое разложение воды происходит с использованием термохимических циклов. Циклы состоят из нескольких химических стадий, протекающих с использованием реагентов, которые затем регенерируются и возвращаются в цикл. В качестве примера приведем реакции цикла "Марк-16":

2Н20 + I2 + S02 30-2К H2S04 + 2HI,

H2SO410i0K Н20 + S02 + 1/20J,. 2HI 85°- Н2 + J2.

153

Проведенные в СССР исследования и технико-экономичёс. кие оценки показали, что приведенные затраты на водород получаемый термохимическими методами, в 1,5-2 раза выще чем на электролизный водород. Кроме того, термохимические циклы, как правило, многоступенчаты, а установки сложны в эксплуатации, поэтому термохимичские методы не имеют преимуществ перед электролизом воды [14].

Более простыми и эффективными являются комбинирован, ные термохимические и электрохимические методы, включающие одну или несколько электрохимических реакций [14,19,20( 35]. В качестве примера приведем цикл фирмы "Вестингауз» состоящий из двух стадий:

высокотемпературной (1000-1100 К) химической

H2S04 - Н20 + S02 + 1/202, Щ

низкотемпературной (350 К) электрохимической Н

2Н20 + S02 -» Н2 + H:S04. Щ

В ряде лабораторий проводятся исследования электрохимического получения водорода и серной кислоты [14; 35, т. I, с. 85, т. II, с. 10 и 305], которые могут найти применение и в других процесах, например при очистке вредных выбросов от S02.

Расчетные затраты на получение водорода [14] соизмеримые затратами на получение водорода в традиционных электролизерах и в 1,5-2 раза выше затрат на получение водорода в перспективных электролизерах.

Плазмохимический метод получения водорода предложен советскими учеными [14; 130]. В качестве примера приведем двухстадийный процесс, включающий плазмохимическую реакцию

С02 - СО + 1/202

и термохимическую реакцию СО + Н2О - СО2 + Н2.

Способ позволяет получать водород из нетрадиционных и"" точников, например сероводорода H2S:

H2S - HS + Н, HS - Н + S.

Способ позволяет получать не только водород, но и серу, уровень разработки плазмохимического метода прка не позволяет дать надежную технико-экономическую оценку получения водорода, однако прогнозные оценки указывают на перспективность метода.

Кроме того, в настоящее время разрабатываются методы фотокаталитического, фотоэлектрохимического и биокаталитического разложения и радиолиза воды. В связи с недостаточным уровнем их разработки в данной книге они не рассматриваются. Подробное рассмотрение различных методов получения водорода выполнено в [14].

3.1.4. Основные области применения водорода. В настоящее время водород в основном используется в химической и нефте-щмической отраслях промышленности (93