Потребителско име

Парола

Bulgarian Hydrogen Institute Menu Bulgarian Hydrogen Institute Menu
Водородни приложения

Промишленост

Водород в промишлеността

Огромните количества водород се използват за ежедневни търговски операции, от производство на амоняк посредством Хабер-Бош процес , до хидрогениране на мазнини и масла. Също така се използва в големи количества при производството на метанол, хидродеалкилиране, хидрокрекинг и хидродесулфуриране. Други приложения включват ракетно гориво, редуциране на метални руди, производство на солна киселина, заваряване или пълнене на балони. Течният водород се използва при изследване на свръхпроводници и когато се комбинира с течен кислород, създава висококачествено ракетно гориво. В заключение, H2 се използва в разнообразен набор от дейности, самостоятелно или в комбинация с други вещества.

По света индустриалните предприятия използват водород като суровина за своите процеси. Всяка от тези индустрии движи световната икономика и живота ни. Почти целият водород се извлича от изкопаеми горива, около 70 милиона тона се използват за промишлени цели, от които 76% се извличат от природен газ, почти 23% от въглища и около 2% от вода (чрез електролиза). Около 6% от годишното потребление на природен газ и 2% от годишното потребление на въглища са предназначени за производство на водород.

Водородът се комбинира с други елементи, за да образува множество съединения: вода (H2O), амоняк (NH3), метан (CH4), трапезна захар (C12H22O11), водороден пероксид (H2O2) или солна киселина (HCl).

За да се намалят парниковите емисии (ПГ) от използването на водород в тежката промишленост е необходимо настоящите източници на сив водород да бъдат заменени с производство на зелен водород. Важно е да се обърне внимание на факта, че при този преход от сив към зелен водород ползите за бизнеса не се ограничават до намаляване на емисиите от производствените процеси. Основното предимство на зеления водород, произведен на място, е превръщането на предприятието в по-малко зависимо от цените на изкопаемите горива и повишаване на неговата конкурентоспособност. Един от основните проблеми, особено за производителите на амоняк, е непрекъснатата промяна на цените на природния газ, което води до значителни затруднения в редица процеси. Големите промишлени предприятия, които силно разчитат на използването на водород и в момента го купуват от трети страни, могат да намалят несигурността в цените и недостига на доставки, като инсталират собствени производствени мощности за зелен водород. Да не говорим за вероятното положително финансово въздействие от липсата на изискване за закупуване на сертификати за CO2 и получаване на достъп до финансиране с ниски лихвени проценти от ЕС.

България има добре развита индустрия и има предприятия за производство на стъкло, метанол, амоняк, както и рафинерии и стоманодобивни заводи. Някои от предприятията в страната, в които водородът играе водеща роля, имат малки електролизни инсталации, но основните суровини, използвани за добив на водород, остават природен газ, нефт или въглища. Това има силно отрицателно въздействие върху околната среда за емисиите на парникови газове и частици.

Рафиниране на петрол Източник: Unsplash.com

Рафиниране на петрол

Рафинирането на нефт - превръщането на суровия нефт в различни крайни продукти като транспортни горива и нефтохимични суровини - е един от най-големите потребители на водород днес. Около 38 MtH2 / година, или 33% от общото глобално търсене на водород (както в чиста, така и в смесена форма), се консумира от рафинериите като суровина, реагент и енергиен източник. Около две трети от този водород се произвежда в специализирани съоръжения в рафинериите или се придобива от търговски доставчици (заедно наречени „специални“ доставки)

Съдържанието на сяра в намаляващите ресурси на суров нефт в света е по-високо от всякога, тъй като петролните компании са принудени да се възползват от по-евтино, но по-ниско качество на суровия петрол, което изисква повече рафиниране, за да отговори на по-строгите екологични стандарти и същевременно да увеличи маржовете. За да бъдат конкурентни в този предизвикателен пейзаж, съвременните рафинерии трябва да работят ефективно, да осигуряват адекватен капацитет и да контролират нивата на емисии. Следователно операторите искат да максимизират факторите на рентабилност, често чрез оптимизиране на ефективността на своите активи.

Рафинериите използват водород за намаляване на съдържанието на сяра в дизеловото гориво. Търсенето на водород в рафинериите се е увеличило, тъй като търсенето на дизелово гориво се е повишило както в страната, така и в международен план и  като резултат от това, че регулациите за съдържанието на сяра стават по-строги.

Само преди няколко десетилетия дебелите, тежки суровини, използвани днес, дори не биха били съображение за производството на масови продукти и се използват главно като бункерни горива. Преди тридесет години суровото качество беше добро съответствие с това, което се изискваше от пазара, но днешните рафинерии са принудени да се задълбочат дълбоко в остатъците от останалите ресурси и трябва да подобрят тези суровини, за да намалят съдържанието на сяра и да отговорят на пазарното търсене и екологични разпоредби.

Хидрообработката е един процес, въведен за отстраняване на сяра, замърсител надолу по веригата и други нежелани съединения, като ненаситени въглеводороди и азот от потока на процеса. Водородът се добавя към въглеводородния поток над слой катализатор, който съдържа молибден с никел или кобалт при междинна температура, налягане и други работни условия. Този процес кара сярните съединения да реагират с водород, образувайки сероводород, докато азотните съединения образуват амоняк. Ароматите и олефините се насищат от водорода и се създават по-леки продукти. Крайният продукт от процеса на хидрообработка обикновено е оригиналната суровина, чиста от сяра и други замърсители.

Водородът се използва също за модернизиране на нефтени пясъци и хидрообработка на биогорива. При петролните пясъци количеството водород, необходимо за отстраняване на сярата от суровия битум, варира значително в зависимост от технологията за модернизиране и качеството на произведения синтетичен суров нефт. Като цяло се използват около 10 кг водород на тон преработен битум. Полученият синтетичен суров нефт все още трябва да бъде рафиниран в рафинерия, като се използва водород. При биогоривата хидропречистването премахва кислорода и подобрява качеството на горивата на растителните масла и животинските мазнини, преработени в дизелови заместители. Този процес изисква около 38 kg водород на тон произведен биодизел, но не е необходим допълнителен водород в следващите етапи на рафиниране.

Производство на амоняк Източник: Shutterstock.com

Производство на амоняк

Амонякът се използва най-вече при производството на торове като урея и амониев нитрат (около 80%). Остатъкът се използва за промишлени приложения като експлозиви, синтетични влакна и други специални материали, които са все по-търсени. Амонякът отчита приблизително 31 MtH2 / година, което го прави вторият по големина източник на търсене на H2.

Търсенето на амоняк (и метанол) може да нарасне допълнително, ако тези химикали трябва да се утвърдят като енергийни носители за пренос, разпределение и съхранение на водород, улеснявайки използването му в нови приложения или ако те трябва да се използват като горива сами по себе си. Ако тези нови приложения станат широко разпространени, химическият сектор може да се развие, за да сподели ролята, която рафинериите играят днес за осигуряване на енергия за потребителите надолу по веригата.

Производство на метанол Източник: Rupec.ru

Производство на метанол

Метанолът се използва за различни индустриални приложения, включително производството на формалдехид, метилметакрилат и различни разтворители. Отчита 12 MtH2 / година, което го прави третият по големина потребител на H2. Метанолът се използва и в производството на няколко други промишлени химикали, както и за процеса на метанол към бензин, който произвежда бензин както от природен газ, така и от въглища, което се оказа привлекателно в региони с богати запаси от въглища или газ, но с малко или никакви вътрешни производство на нефт. Това е едно от приложенията на метанола в горивата, независимо дали се смесва в чиста форма или се използва след по-нататъшно превръщане (например в метил-терт-бутил етер), което представлява около една трета от употребата на химикала в световен мащаб. Разработването на технология метанол-олефини и метанол-ароматични отвори път от метанол до химикали с висока стойност (HVC) и по този начин към производството на висококачествени пластмаси.

Понастоящем технологията за метанол към олефини се използва в търговски мащаб в Китай, като представлява 9 милиона тона годишно (Mt / год). Понастоящем метанолът към аромати, който се използва за получаване на по-сложни HVC молекули, все още е в демонстрационна фаза. За разлика от амоняка и метанола, HVC - предшествениците на повечето пластмаси - се произвеждат най-вече от петролни продукти като етан, втечнен нефтен газ и нафта. HVC, произведени директно от петролни продукти, не изискват H2 суровина, но тяхното производство генерира вторичен продукт H2, който може да се използва при рафиниране на нефт и други операции в химическия сектор, като подобряване на други странични продукти от крекери. Процесите на крекинг на пара и дехидрогениране на пропан за производството на HVC произвеждат около 18 MtH2 / год като страничен продукт в световен мащаб. Търсенето на HVC нараства с по-бързи темпове от търсенето на рафинирани петролни продукти, което означава, че нарастващото количество от този вторичен продукт H2 може да бъде на разположение за използване в други индустрии. Хлорно-алкалните процеси са друг източник на страничен продукт H2 в химическия сектор, като доставят около 2 MtH2 / годишно. Докато вторичният водород, генериран в процеса на парен крекинг, произтича от петролни продукти (главно етан и нафта), хлор-алкалният процес е форма на електролиза и се захранва от електричество.

Металургия Източник: zkg.de

Металургия

Директното редуцирано желязо (DRI) е метод за производство на стомана от желязна руда. Този процес представлява четвъртият по големина единичен източник на водородно търсене днес (4 MtH2 / год, или около 3% от общия водород, използван както в чисти, така и в смесени форми), той извлича кислород от желязосъдържащи материали без да ги топи.

Високотемпературна топлинна енергия Източник: IEA (2019)

Високотемпературна топлинна енергия

Промишлеността използва топлина за най-различни цели, включително топене, мобилизиране на широк спектър от химични реакции, газифициране и сушене. На практика за това приложение днес не се произвежда специален водород. Топлината може да се използва както директно, например в пещ, така и индиректно, например като първо се вдига пара и след това се прехвърля за отоплителни нужди. Има три основни температурни диапазона за индустриална топлина: ниска температура (<100 ° C), средна температура (100–400 ° C) и висока температура (> 400 ° C).

Въпреки че в определени сектори се използват малки количества биомаса и отпадъци, изкопаемите горива са основният източник на високотемпературна топлина (около 65% от въглищата, 20% от природния газ и 10% от петрола). Електричеството също се използва широко за генериране на високотемпературна топлина в специфични приложения, било то директно (напр. Електрически дъгови и индукционни пещи в стоманодобивната индустрия) или индиректно (например за задвижване на електрохимични реакции при топене на алуминий). Устойчивите нагреватели се използват при производството на въглеродни влакна, достигайки температури от 1800 °C, и има начини да се използват електромагнитни отоплителни технологии (например микровълнова и инфрачервена) за постигане на подобни температури за други специфични отоплителни приложения. Въпреки това, няколко мащабни процеса, като парни крекери и циментови пещи, остават предизвикателство за електрифициране, въпреки че се провеждат демонстрационни проучвания и в двете области.

Космически приложения Източник: NASA

Космически приложения

В комбинация с окислител като течен кислород, течният водород дава най-високия специфичен импулс или ефективност по отношение на количеството консумирано гориво от всеки известен ракетен двигател.

Въпреки критиките и ранните технически неизправности, опитомяването на течен водород се оказа едно от най-значимите технически постижения на НАСА.

В наши дни ракетите на Blue Origin (авиокосмическото предприятие на Джеф Безос) също използват течен водород като ракетно гориво.

Хранително-вкусова промишленост Източник: Abcmach.com

Хранително-вкусова промишленост

Водородът се използва за превръщане на ненаситените мазнини в наситени масла и мазнини. Хранителната промишленост например използва водород за производството на хидрогенирани растителни масла като маргарин и масло.

Хидрогенирането на наситени масла и мазнини е процес, който протича в нагрят резервоар. Маслото (слънчогледово семе или зехтин) се изпомпва в нагрят съд под налягане и след това се прилага вакуум, за да се инхибира окисляването. Температурата се повишава до 140-250 ° C и сместа се разбърква, за да се осигури равномерна температура. След това се изпомпват твърди частици от никелов катализатор, смесени с малко количество масло, последвани от водороден газ, който довежда налягането до 2,7–4 бара. Реакцията на хидрогениране е екзотермична, така че външното нагряване се отстранява и се прилага охлаждане, енергично разбъркване, осигуряващо температурата да остане в диапазона 70-80 ° C. След 40–60 минути хидрогенираната маслена смес се изпомпва като суспензия и твърдите частици на катализатора се отстраняват във филтри. Охлаждането до стайна температура позволява на хидрогенираното масло да се втвърди.

Също така...

Електроника - производство

Пречистване на стъкло

Пълнене на балони за времеви изследвания

Атомно водородно заваряване

Като охлаждаща течност

Като търсещ газ

.. и още!