Переработка нефтяного сырья в нефтехимической отрасли приводит к выбросам токсичных газообразных химических веществ, что сказывается на состоянии окружающей среды. Сейчас многие развивающиеся страны ищут перспективные решения для производства новых видов топлива, использование которых не приведет к выбросу в атмосферу CO ₂ , H ₂ S, CO, N ₂ .

Одним из перспективных решений является разработка промышленных методов производства водорода — продукта, который при его переработке не приводит к выбросу оксида углерода, азота, серы в атмосферу.

Процесс получения водорода в нефтехимической промышленности играет ключевую роль в производстве видов топлива, которые используются в повседневной жизни многих людей. Водород необходим в больших объемах для гидроочистки бензина, керосина, дизельного топлива, для вакуумного гидрокрекинга нефтяных остатков.

Существует множество способов получения водорода, каждый из которых отличается термодинамикой, использованием катализаторов, экономичностью, производительностью, чистотой выделяемого водорода [1]. К числу этих способов относятся:

 дегидрирование углеводородов, при котором сырьем выступает прямогонный бензин, а также газообразные углеводороды C ₂ –C ₄ ;

 расщепление углеводородов (крекинг);

 паровой риформинг углеводородного сырья, в основе которого лежит переработка природного газа с возможностью использования нафты в качестве сырья;

 парокислородная газификация;

 металлопаровой метод;

 электролиз воды;

 термохимические методы [1].

Многие цивилизованные страны стремятся развивать на своих территориях промышленную переработку углеводородного сырья с целью производства водорода. Развивается производство водородного топлива, которое применяется в автомобильном транспорте, а также в энергетической отрасли для генерации тепла и электроэнергии и для накопления энергии.

Водород, необходимый для гидрогенизационных процессов, должен соответствовать ряду требований, а именно: концентрация водорода для гидроочистки бензина должна составлять не менее 75 %, для керосиновых фракций — не менее 75–85 %, для дизельного топлива — от 75 до 90 %. Для процесса вакуумного гидрокрекинга чистота водорода должна составлять не менее 95 %. При этом водород не должен включать в себя серо- и азотсодержащие соединения, которые являются каталитическими ядами для множества катализаторов [1].

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к продукту, можно свести в таблицу способы производства водорода и выяснить, какой из них является наиболее выгодным, а какой — наиболее производительным.

Таблица 1

Исходя из табличных данных, можно сделать вывод, что самым эффективным способом получения водорода является паровой риформинг углеводородного сырья. Этот процесс отличается своей проработанностью и экономически наиболее выгоден. Сырьем для него являются природный газ и водяной пар, а катализаторы риформинга метана могут производиться на основе палладия, платины, родия, рутения или никеля. Использование любого из этих катализаторов повышает выход водорода, но наиболее часто используется катализатор на основе никеля. За счет большой распространенности данного металла в природе катализатор получается недорогим, а за счет активности никеля обеспечивается высокий уровень производства водорода: выход — 72 %, доочистка — до 99,9 % (осуществляется разными методами). Продуктом парового риформинга метана является синтез-газ (смесь оксида углерода с водородом в соотношении 1:3) — один из немногих продуктов, которые можно получить из метана (природного газа) в термодинамически равновесном процессе. Поэтому в настоящее время синтез-газ является основным продуктом химической конверсии природного газа, из которого затем получают такие базовые крупнотоннажные продукты газохимии, как аммиак, водород, метанол и синтетические жидкие углеводороды [1].

Другой метод получения водорода отличается бо́льшими вложениями в технологическое оборудование для достижения высокого выхода и концентрации водорода. Это парокислородная газификация нефтяных остатков — процесс превращения высококипящих остаточных продуктов, получаемых при дистилляции нефти или при ее вторичной переработке (крекинг, риформинг и др.), в горючие газы (в основном СО и Н ₂ ).

Анализ табличных данных показывает, что электролиз воды также дает высокий выход и высокую концентрацию производимого водорода. Но данный способ уступает каталитическому риформингу природного газа из-за высоких энергозатрат, неокупаемости получаемого водорода и сложности его транспортировки. Плюсом электролиза воды является его экологичность за счет использования электричества из возобновляемых источников, при котором выбросы диоксида углерода отсутствуют. Также электролиз воды отличается образованием побочного продукта — кислорода, — который может использоваться в медицинской и металлургической промышленности.

Стоит отметить риформинг бензина — способ получения водорода как побочного продукта. Этот способ используется для производства бензина с высоким октановым числом, а водород образуется в результате реакций дегидроизомеризации, дегидроциклизации и дегидрирования. При этом его выход составляет до 92 % [2].

По сравнению с другими способами получения водорода, риформинг бензина является наиболее выгодным и отличается своей экономичностью. А наиболее эффективным способом, который часто используется на нефтеперерабатывающих заводах, является каталитический риформинг природного газа, при котором часть произведенного водорода идет непосредственно на гидрогенизационные процессы, а часть — на продажу.

Литература:

1. Гуреев, А. А. Технология переработки нефти / А. А. Гуреев, В. М. Капустин. — 2-е изд. — Москва : КолосС, 2007. — 337 c. — Текст: непосредственный.
2. Вакк, Э. Г. Получение технологического газа для производства аммиака, метанола, водорода и высших углеводородов. Теоретические основы, технология, катализаторы, оборудование, системы управления / Э. Г. Вакк, Г. В. Шуклин, И. Л. Лейтесс. — Москва, 2011. — 478 c. — Текст: непосредственный.