Способы осушения газообразного водорода кратко

Физические и химические свойства водорода

Задача 789.
Можно ли осушить водород концентрированной серной кислотой?
Решение:
Серная кислота является водоотнимающим средством в химической промышленности. Она способна образовывать с водой ряд кристаллогидратов, наиболее стойким из которых является Н₂SO₄ . H₂O. Серная кислота жадно поглощает воду из смеси газов, поэтому часто применяется для осушения различных газовых систем. Концентрированная серная кислота является очень сильным окислителем, поэтому она будет окислять водород до ионов водорода, а сама восстанавливаться до сернистого газа:
Электронные уравнения процесса:

H₂ + S +6 = 2H + + S +4 ;

Таким образом, концентрированная серная кислота окисляет молекулярный водород и, поэтому не может быть использована для осушения газообразного водорода.

Задача 790.
Как отличить водород от кислорода, диоксида углерода, азота?
Решение:
В присутствии кислорода тлеющая лучинка загорается, а если к сосуду с водородом поднести спичку, то раздаётся характерный звук (если водород чистый, то звук «глухой», а если с примесью кислорода — звук «лающий»). При поднесении спички к сосуду с диоксидом углерода она потухает, а если пропустить диоксид углерода через гидроксид кальция то появится помутнение. Азот как и диоксид углерода не горит (тушит зажжённую лучину), но не мутит известковой воды.

Задача 791.
Как проверить полученный в лаборатории водород на чистоту?
Решение:
Проверить газ на чистоту: зажать отверстие пробирки пальцем и поднести пробирку к пламени спиртовки, открыть ее, то будет слышен характерный хлопок. (если водород чистый, то звук «глухой», а если с примесью кислорода-звук «лающий»). Дальнейшие опыты с водородом можно проводить только в том случае, если он чистый. проверка на чистоту нужна, чтобы исключить наличие в смеси кислорода или воздуха, если этого не сделать, то возможен взрыв, так как водород является горючим веществом, смеси водорода с воздухом с объемной долей водорода от 4 до 74 процентов взрывоопасны.

Задача 792.
Указать различия в свойствах атомарного и молекулярного водорода. Одинаковы ли теплоты сгорания атомарного и молекулярного водорода? Ответ обосновать.
Решение:
Молекулярный водород состоит из двухатомных молекул Н₂ или Н : Н, атомарный водород из отдельных атомов (Н или Н . ). Чтобы молекулярный водород вступил в какую-либо реакцию, молекулы его сперва должны распасться на атомы для чего необходимо затратить большое количество энергии. При реакции же атомарного водорода такой затраты энергии не требуется, так как атомарный водород уже находится в активном состоянии.

Действительно атомарный водород уже при комнатной температуре восстанавливает многие оксиды металлов, непосредственно соединяется с серой, азотом и фосфором. С кислородом атомарный водород образует пероксид водорода Н₂О₂. Атомарный водород способен вытеснять медь, серебро, свинец и некоторые другие малоактивные металлы из их солей, а молекулярный – не способен к такой реакции.

При горении молекулярного водорода образуется вода, а при горении атомарного — пероксид водорода:

Из уравнений реакций горения следует, что теплоты сгорания их не равнозначны, так как неравнозначны теплоты образования Н₂О и Н₂О₂. Теплота сгорания 1 моля Н₂ равна численно теплоте образования 1 моля Н₂О (-241,98 кДж/моль), а теплота сгорания 1 моль Н. – равна 1/2 моль теплоте образования Н₂О₂ (-187,9/2 кДж/моль).

Задача 793.
Охарактеризовать окислительно-восстановительные свойства молекул и ионов водорода. Привести примеры реакций.
Решение:
а) В молекуле водорода Н₂ атом водорода имеет степень окисления 0, т.е. содержит один электрон. Поэтому водород в молекуле Н₂ может как отдать, так и присоединить по одному электрону, превратившись при этом соответственно, в катион (Н + ) или в анион (Н — ). Таким образом, молекулярный водород может проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства, изменяя при этом степень окисления от 0 до +1 или от 0 до -12.

б) Катион водорода (Н + ) представляет собой просто протон, поэтому способен только присоединять электрон, превращаясь при этом в нейтральный атом водорода (Н), т. е. способен проявлять только восстановительные свойства. Например, в разбавленной серной кислоте катион водорода является окислителем:

в) Анион водорода (Н — ) содержит два электрона (1s 2 ), водород в нём находится в своей степени окисления равной -1. Поэтому анион (Н — ) теоретически способен отдать один или оба электрона, превратившись при этом в нейтральный атом (Н) или в катион( Н + ). Таким образом, анион (Н — ) является восстановителем в окислительно-восстановительных процессах:

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Осушка — водород

В случае необходимости схема дополняется аппаратурой для осушки водорода . В качестве осушителей применяют серную кислоту или сорбенты типа цеолитов. [31]

На электролизных установках, где применяются схемы осушки водорода с ва-куумно-термической регенерацией сорбента, следует контролировать подачу водорода и вакуум в адсорбере, где проходит регенерация силикагеля. [32]

Электрооборудование, смонтированное совместно с блоком очистки и осушки водорода , должно иметь исполнение, соответствующее классу взрыво-опасности помещения. [33]

В одном производственном здании могут размещаться помещения электролиза, приготовления электролита, очистки и осушки водорода , компрессорной установки, датчиков, наполнительной с промежуточным складом водородных баллонов, ремонтно-испытательной мастерской, а также помещение окраски и сушки баллонов. [34]

Электролитически полученный водород содержит до 2 — 3 % влаги, 0 5 — 1 % кислорода, 0 5 — 1 % азота и другие газовые примеси. Осушка водорода осуществляется обычными химическими осушителями и ловушками с жидким азотом, очистка от других газов проводится чаще всего пропусканием через нагретую до температуры 600 — 800 С медную стружку, нагретую до 800 — 900 С титановую или циркониевую губку либо пропусканием через нагретый до 300 С палладиевый капилляр. [35]

Водород также необходимо подвергать осушке, поскольку при его переработке ( например, в производстве синтетической соляной кислоты) будет образовываться влажный хлористый водород, способный разрушать технологическое оборудование. Осушку водорода осуществляют в противоточной башне, заполненной насадкой и орошаемой сверху концентрированной серной кислотой. [36]

В реактор загружают 40 мл испытуемого катализатора, продувают установку последовательно азотом и водородом и под давлением водорода проводят опрессов-ку. Для осушки водорода его пропускают через емкость, заполненную активной окисью алюминия, прокаленной при 500 С. [37]

Установки осушки водорода методом охлаждения, включающие в себя холодильные машины производительностью 2933 кДж / ч ( 700 ккал / ч), испарители и терморегулирующие вентили, достаточно надежны при продолжительной эксплуатации, потребляют незначительное количество электроэнергии и не требуют существенных трудозатрат при монтаже и обслуживании. [38]

Период капания должен быть строго постоянным. К электролизеру подсоединяют систему очистки и осушки водорода , состоящую из последовательно соединенных склянок Дрекселя, заполненных щелочным раствором пирогаллола, водой и силикаге-лем. Прибор включают в сеть и через Ч мин. [39]

Температура водорода в установке осушки проверяется периодически. На электролизных установках СЭУ-4 и СЭУ-8 осушка водорода осуществляется путем его охлаждения в испарителе холодильной машины до — 5 С. При такой температуре из водорода удаляется в испарителе основное количество содержащихся в нем водяных паров. Повышение температуры свидетельствует о необходимости отключения компрессора холодильной машины для оттаивания льда и снеговой шубы в испарителе. [40]

Осушка газов большей частью осуществляется при сравнительно невысоких давлениях. Однако в ряде случаев, в частности для осушки водорода , применяется высокое давление. [41]

Приблизительно 50 мг окиси платины помещают в реакционный сосуд и прибавляют туда же 10 мл чистого этилового спирта; сосуд погружают в стакан с водой, нагретой до 60, и восстанавливают окись платины до платиновой черни, пропуская через суспензию водород. Последний получают обычным путем, но между генератором газа и прибором целесообразно помещать трехгорлую предохранительную склянку, содержащую концентрированную серную кислоту для осушки водорода . Склянку снабжают стеклянной трубкой, доходящей до ее дна и позволяющей следить за скоростью и давлением водорода. Необходимо обращать внимание на то, чтобы частицы окиси не прилипали к стенкам сосуда над уровнем жидкости. Когда вся окись станет черной ( примерно через 5 мин. [42]

Наличие влаги в водороде при относительно высокой температуре гидрирования влечет за собой гидролиз жиров и соответственно рост кислотности саломаса. При этом накапливаются другие побочные продукты термического распада жирных кислот и глицерина, что увеличивает отходы и потери в производстве и ухудшает качество саломаса. Поэтому необходима обязательная осушка водорода . [44]

ТЬпилляр опускают в электролизер так, чтобы кончик капилляра был опущен в исследуемый раствор на глубину не менее I см. устанавливают период капания ртути, поднимая или опуская резервуар со ртутью. Период капания должен быть строго постоянным. К электролизеру подсоединяют систему очистки и осушки водорода , состоящую из последовательно соединенных склянок Дрекселя, заполненных щелочным раствором пирогаллола, водой и силикаге-лем. Прибор включают в сеть и через 5 мин. [45]

Источник

Осушка газа: определение, характеристика, способы и виды работы, применение установки и специального оборудования

На сегодняшний день известно множество разнообразных примесей. К примеру, это могут быть механические загрязнения. Они содержатся как в сжатом воздухе, так и в самом природном газе. После того как эти примеси попадают в установки, к примеру в магистрали по перекачке газа, то все приборы, работающие в этом месте, подвергаются воздействию данных частиц. Это приводит к тому, что сильно увеличивается их износ.

Влага в качестве примеси

Естественно, нужно понимать, что механические примеси — это не единственная проблема. Довольно большую опасность несет такое вещество, как обычная жидкость, вода. Как бы это ни звучало странно, но именно во время добычи природного газа проблема с водой стоит достаточно остро. Это выражается в том, что возможно образование водяных паров. Их возникновение, а также плотность зависит от расположения места добычи. Хотя здесь важно отметить, что пары такого типа присутствуют в любом случае, просто их концентрация может быть разной.

Чем опасна влага?

Причина достаточно очевидна — коррозия металлических труб, по которым перемещается газ. В основном все приборы, как и трубопроводы, состоят именно из сплавов железа. Наличие влаги внутри такой трубы приведет к тому, что образуются гидраты. Кроме этого, не исключено образование и обычного льда. Наличие любой из этих примесей приведет к следующему эффекту: внутри образуется пробка, которая будет препятствовать транспортировке природного газа. Кроме того, появление гидратов нарушает работу большинства регулирующих органов, отвечающих за поддержание должного давления.

Из всего этого следует, что осушка газа — процедура удаления такой примеси, как влага. Данная проблема стоит наиболее остро именно при транспортировке голубого топлива. Здесь также стоит добавить, что большинство установок по добыче летучего вещества находятся вдали от инфраструктуры, на Крайнем Севере. По этим причинам все установки должны соответствовать некоторым правилам. Первое и наиболее важное требование — это способность функционировать при достаточно широком диапазоне внешних температур, включая наиболее низкие. Второе важное требование — это надежность установок, а третье — доступность в эксплуатации и обслуживании.

Способы осушки

Осушка газа — это метод, который позволяет избавиться от образования гидратов или ледяных пробок. В настоящее время различают четыре основных метода проведения этой операции.

1. Охлаждение. В данном случае используется холод, как естественный, так и искусственно созданный.
2. Метод абсорбции предполагает использование жидких поглотителей.
3. Метод адсорбции проводится с использованием уже твердого поглотителя.
4. Еще один способ является комбинированным. К примеру, можно использовать абсорбцию и охлаждение.

Способ охлаждения газа

Первый способ осушки газа — это охлаждение. Метод основывается на том, что влажность газа изменяется в зависимости от окружающей температуры. К примеру, если охладить газ, который до этого был теплым, то часть влажного пара сконденсируется. Конденсат, который выпадет в данном случае, достаточно просто удалить, а сам газ будет иметь более низкую точку росы. Для того чтобы достичь необходимой осушки газа таким способом, нужно, чтобы он охладился до температуры, которая будет немного ниже, чем минимальный показатель в трубопроводе.

Что касается естественного охлаждения, то он возможен в течение зимнего периода и в том случае, если трубопровод был проложен над землей. Также температура воздуха должна быть ниже, чем показатели почвы. Есть еще один способ, который можно использовать. Для этого необходимо, чтобы месторождение обладало запасами природного и нефтяного газа. В таком случае появляется возможность охладить нефтяной газ холодом в теплообменнике. Холод берется в нем после процедуры дросселирования природного топлива. Проводить охлаждение можно и дросселированием нефтяного газа.

Есть еще один способ охлаждения, который часто применяется на разных заводах по переработке газа. Искусственный метод проводится с использованием аммиака или пропана. Для этого проводится испарение этих веществ. Так, стоит отметить, что осушка природного газа охлаждением в любом случае будет частично удалять такие вещества, как тяжелые углеводороды.

Жидкие поглотители

Абсорбционная осушка газа, а точнее ее суть, заключается в том, что некоторые жидкие вещества способны впитывать в себя влагу из воздуха. Для того чтобы вещество можно было использовать в качестве такого поглотителя, оно должно подходить по нескольким требованиям:

• влагоемкость вещества должна быть очень высокой;
• поглотитель не должен быть токсичным;
• стабильность;
• предмет не должен обладать корродирующими характеристиками;
• растворимость поглотителя в таком веществе, как газ или жидкий углеводород, должна быть минимальной;
• регенерация поглотителя — простая.

Наилучшие вещества, которые подходят под это описание, — ДЭГ и ТЭГ. Расшифровываются они как диэтиленгликоль и триэтиленгликоль. Если рассматривать в основном только российские места и способы добычи, то чаще всего используется именно ДЭГ. В качестве вещества применяют такой химический реагент, как хлористый кальций.

Поглотители твердого типа

Адсорбционная осушка газа построена примерно на том же принципе, что и предыдущий метод, однако вместо жидкого вещества здесь используются твердые материалы. В данном случае эти предметы называют адсорбентами. Они отличаются тем, что их площадь достаточно большая, к тому же вся она покрыта множеством капиллярных пор. В качестве таких материалов можно успешно применять такое сырье, как активированная окись алюминия, боксит, флорит и несколько других веществ.

Здесь очень важно отметить, что если газ предварительно не пройдет очистку от некоторых других примесей, таких как тяжелые углеводороды или сероводород, то способность адсорбентов впитывать влагу будет значительно снижена. Это говорит о том, что схема осушки газа не может использоваться как самостоятельная система. Чтобы осуществить регенерацию твердых поглотителей, нужно использовать либо сухой горячий газ, либо воздух.

Конструкция установок для осушки

Оборудование для осушки состоит из нескольких сборных элементов, они оборудованы всеми средствами контроля, а также управления для выполнения операции. Все это оборудование отличается следующими особенностями:

• процесс регенерации осуществляется в полностью закрытом контуре, к тому же без потребления природного топлива;
• в состав входят логические схемы автоматического типа, отвечающие за управление и контроль всей системы;
• рама-основание для этого приспособления стоит отдельно;
• обслуживание и использование таких установок максимально простое;
• гибкость станций и их надежность достаточно высоки;
• при сборке они изготавливаются таким образом, чтобы оборудование могло функционировать на 100 % при условии очень низких температур.

Устройства с жидкими поглотителями

Если в качестве метода осушки газа был выбран абсорбционный, то в таком случае основным аппаратом будет абсорбер. Это вполне объяснимо. Установка осушки газа имеет и другие элементы, однако этот является наиболее важным. Абсорбер представляет собой барботажную колонну, использующуюся в качестве массообмена. Также здесь имеются специальные тарелки, у которых есть колпаки круглой или конусной формы. Они будут отвечать за то, чтобы на тарелках всегда поддерживался необходимый уровень жидкости.

Использование методов осушки

Как можно заметить, существует некоторое количество разнообразных методов осушки газа, однако стоит добавить, что их не всегда удается использовать. При выборе метода очень важно учитывать местность, где проводится добыча и, естественно, экономические затраты и выгоду.

Таким образом, в лабораториях чаще всего применяется лишь один — химический способ осушки. Здесь важно понимать, что на самом деле существует очень много веществ, которые могут выступать в роли абсорбентов или адсорбентов.

Хотя проблема заключается в том, что использование химических веществ — это одноразовый процесс, подобный факт означает, что его применение полностью не рентабельно в индустриальном масштабе. Учитывая достаточно большие объемы газовой индустрии в России, можно сделать вывод, что это будет весьма затратно. Все это подтолкнуло индустрию к развитию полностью физических методов осушки. В конце стоит лишь добавить, что метод абсорбции с точки зрения экономических затрат, а также сложности технического исполнения намного проще и дешевле, чем адсорбция, что и обусловило распространение жидких поглотителей.

Источник