1. Промышленное производство водорода — неотъемлемая часть водородной энергетики, первое звено в жизненном цикле употребления водорода. Водород практически не встречается в природе в чистой форме и должен извлекаться из других соединений с помощью различных химических методов.

Методы производства водорода

Разнообразие способов получения водорода является одним из главных преимуществ водородной энергетики, так как повышает энергетическую безопасность и снижает зависимость от отдельных видов сырья.

К ним относятся:

• паровая конверсия метана и природного газа;

• газификация угля;

• электролиз воды;

• пиролиз;

• частичное окисление;

• биотехнологии;

• Глубинный газ планеты.

В данный момент наиболее доступным и дешёвым процессом является паровая конверсия. Согласно прогнозам, она будет использоваться в начальной стадии перехода к водородной экономике для упрощения преодоления проблемы «курицы и яйца», когда из-за отсутствия инфраструктуры нет спроса на водородные автомобили, а из-за отсутствия водородных автомобилей не строится инфраструктура. В долгосрочной перспективе, однако, необходим переход на возобновляемые источники энергии, так как одной из главных целей внедрения водородной энергетики является снижения выброса парниковых газов. Такими источниками может быть энергия ветра или солнечная энергия, позволяющая проводить электролиз воды.

Производство водорода может быть сосредоточено на централизованных крупных предприятиях, что понижает себестоимость производства, но требует дополнительных расходов на доставку водорода к водородным автозаправочным станциям. Другим вариантом является маломасштабное производство непосредственно на специально оборудованных водородных автозаправочных станциях.

Еще в 70-х годах прошлого века советский геолог В.Н.Ларин предложил гипотезу гидридного ядра Земли. В отличие от классической точки зрения о железо-никелевом ядре нашей планеты Ларин высказал мысль о том, что ядро содержит сверхсжатый водород, оставшийся от протопланетной стадии формирования Земли. Не исключено, что здесь содержится протонная плазма, при «обрастании» которой электронами возникают атомы водорода и выделяется огромная тепловая энергия.

В жидком ядре атомарный водород, видимо, находится в равновесии с водородом, включенным в железо-никелевое ядро. Явление включения (окклюзии) наиболее сильно проявлено в платине и палладии, способных впитывать в себя как губка, на один объем металла до 900 объемов водорода. Но оно установлено также для железа, хрома, никеля.

Слияние двух атомов водорода с выделением энергии 416 кДж/моль может помимо радиоактивного распада объяснить энергию глубинных геологических процессов. «Молекуляризация» атомарного водорода может также объяснить поток энергии, идущий от жидкого ядра Земли и представленный тепловыми аномалиями срединноокеанических хребтов, «горячими точками» Гавайских островов в Тихом океане, Йеллоустона в Северной Америке, Килиманджаро в Африке и др.

Несомненный источник водорода находится в зонах субдукции («подныривания» одна под другую тектонических плит). Модель превращения некоторых геологических пород с выделением водорода при воздействии океанической воды предложена Б.А.Дмитриевым, Б.А.Базылевым и С.А.Силантьевым в 1999 году. Эксперименты этих ученых показали, что при гидратации одного кубокилометра оливин-пироксенового перидотита, слагающего верхнюю мантию, возникают 500 тыс. тонн (или 50 кубокилометров) молекулярного водорода и 250 тыс. тонн метана. Субдукция Тихоокеанской плиты составляет от 2 до 9 см в год, при этом в мантии постоянно выделяется водород.

Над зонами водородогенеза по берегам Тихого океана стоят шеренгами сотни вулканов. С площадей в десятки тысяч квадратных километров они собирают в свои жерла водород, буквально выжимаемый из мантии. И почти весь этот водород сгорает, образуя лаву, или взрывается, уничтожая жителей и наводя на них ужас. Подробнее вы можете прочесть в статье на сайте.

Хлор (от греч. χλωρός — «зелёный») — элемент 17-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы VII группы), третьего периода, с атомным номером 17

Способы получения

Химические методы

Химические методы получения хлора малоэффективны и затратны. На сегодняшний день имеют в основном историческое значение. Может быть получен при взаимодействии перманганата калия с соляной кислотой:

16HCl + 2KMnO₄ → 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 2KCl + 8H₂O

Метод Шееле

Первоначально промышленный способ получения хлора основывался на методе Шееле, то есть реакции пиролюзита с соляной кислотой:

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O

Метод Дикона

В 1867 году Диконом был разработан метод получения хлора каталитическим окислением хлороводорода кислородом воздуха. Процесс Дикона в настоящее время используется при рекуперации хлора из хлороводорода, являющегося побочным продуктом при промышленном хлорировании органических соединений.

4HCl + O₂ → 2H₂O + 2Cl₂

Электрохимические методы

Сегодня хлор в промышленных масштабах получают вместе с гидроксидом натрия и водородом путём электролиза раствора поваренной соли, основные процессы которого можно представить суммарной формулой:

2NaCl + 2H₂О ±2е^- → H₂↑ + Cl₂↑ + 2NaOH

Применяется три варианта электрохимического метода получения хлора. Два из них электролиз с твердым катодом: диафрагменный и мембранный методы, третий — электролиз с жидким ртутным катодом (ртутный метод производства). Качество хлора, получаемого электрохимическим методами, отличается мало:

Мембранный метод

Мембранный метод производства хлора наиболее энергоэффективен, однако сложен в организации и эксплуатации.

С точки зрения электрохимических процессов мембранный метод подобен диафрагменному, но анодное и катодное пространства полностью разделены непроницаемой для анионов катионообменной мембраной. Поэтому в мембранном электролизере, в отличие от диафрагменного, не один поток, а два.

Ртутный метод с жидким катодом

В ряду электрохимических методов получения хлора ртутный метод позволяет получать самый чистый хлор.

Установка для ртутного электролиза состоит из электролизёра, разлагателя амальгамы и ртутного насоса, объединённых между собой ртутепроводящими коммуникациями.

Лабораторные методы

Ввиду доступности хлора в лабораторной практике обычно используется сжиженный хлор в баллонах.

Для получения хлора в небольших количествах обычно используются процессы, основанные на окислении хлороводорода сильными окислителями (например, оксидом марганца (IV), перманганатом калия, дихроматом калия, диоксид свинца, бертолетова соль и т. п.), обычно использовался диоксид марганца или перманганат калия:

2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ +8H₂O

При невозможности использования баллонов могут быть использованы небольшие электролизеры с обычным или вентильным электродом для получения хлора.

Применение

Хлор применяют во многих отраслях промышленности, науки и бытовых нужд:

В производстве поливинилхлорида, пластикатов, синтетического каучука, из которых изготавливают: изоляцию для проводов, оконный профиль, упаковочные материалы, одежду и обувь, линолеум и грампластинки, лаки, аппаратуру и пенопласты, игрушки, детали приборов, строительные материалы. Поливинилхлорид производят полимеризацией винилхлорида, который сегодня чаще всего получают из этилена сбалансированным по хлору методом через промежуточный 1,2-дихлорэтан.

6. НИТРАТНЫЕ УДОБРЕНИЯ-азотные удобрения, содержащие азот в форме солей азотной кислоты-нитратов. К ним относятся селитры натронная, известковая и др. Азотнокислый аммоний и сульфонитрат аммония (см. Лейна-селитра) содержат азот и в нитратной и в аммиачной формах. Н. у. легко вымываются из почвы, и поэтому их вносят незадолго до посева, а часто и по всходам раст.-поверхностно. На кислых почвах, особ. при систематическом удобрении (в частности под лен), а также при совместном высеве семян и удобрений комбинированными сеялками (напр. под сахарную свеклу) Н. у. действуют лучше, чем аммиачные удобрения.

Азотные удобрения. Выпускаются в трех видах: аммиачные (сульфат аммония), нитратные(аммиачная селитра), амидные (мочевина). Формы азота определяют сроки и технику внесения удобрения. Аммиачный азот значительно легче поглощается корнями при слабой кислотности почвы, на некоторое время закрепляется в ней. Его можно вносить как весной, так и поздней осенью. Нитратный азот почвой не закрепляется, находится в ней в виде раствора. Поэтому такое удобрение можно вносить только в период с ранней весны до середины лета. Это удобрение легко поглощается растениями и хорошо подходит для летних подкормок. К амидным удобрениям относится мочевина. Азот этого удобрения быстро (особенно при повышенных температурах) переходит в аммиачную форму. Это удобрение быстродействующее. Используется для подкормок, слабо подкисляет почву.

20-21 Мокрые и сухие методы улавливания пыли

Многие технологические процессы сопровождаются образованием аэродисперсных систем, состоящих из твердых частиц пыли, взвешенных в газообразной среде. При шлифовании деталей на участках механической обработки происходит выделение метал­лической и абразивной пыли. Известные способы улавливания пыли можно разделить на сухие и мокрые. Мокрые способы характеризуются большими энергозатратами, наличием стоков, необходимостью защиты аппаратуры от коррозии и устранения отложений на стенках аппаратов и трубопроводов, поэтому предпочтение отдается сухим способам пылеулавливания. Мокрые способы характеризуются большими энергозатратами, наличием стоков, необходимостью защиты аппаратуры от коррозии и устранения отложений на стенках аппаратов и трубопроводов и т. п., поэтому предпочтение отдается сухим способам ылеулавливания за исключением тех случаев, когда мокрое пылеулавливание обусловливается технологическими требованиями. Например, в процессе очистки необходимо охлаждать газ до температуры точки росы или обработку уловленной пыли вести гидравлическим способом.

Выбор необходимого аппарата для очистки воздуха на участке механической обработки определялся технико-экономическим сопоставлением. Наибольшая эффективность улавливания тонкодисперсных частиц  достигается при использовании рукавных фильтров и электрофильтров. Сухие электрофильтры применяются до температур 400-500°С и наиболее экономичны при больших объемах газов (от 0,5 млн. м³/ч). Недостатками являются высокие энергетические затраты при использовании в установках меньшей производительности, уровень остаточной запыленности выше 50 мг/м³, неприменимость для очистки взрывоопасных сред. Рукавные фильтры имеют определенные преимущества перед электрофильтрами. При их использовании могут быть стабильно обеспечены остаточная запыленность ниже 5-10 мг/м³ независимо от свойств улавливаемой пыли и колебаний технологического режима, работа в широком диапазоне расхода очищаемого газа, возможность применения при соблюдении определенных мер безопасности для очистки взрывоопасных газовых сред. Недостатки: необходимость периодически (1 раз в 0,5-2 года) заменять фильтрующий материал высокой стоимости, громоздкость, ограниченный температурный предел эксплуатации фильтрующих материалов (до 250°С).  Можно использовать местные отсосы в виде защитно-обеспыливающих кожухов - пылеприемников. Кожухи устанавливаются на станках с кругами, совершаю­щими вращательное движение. Запыленный воздух через вентиляционные ка­налы подается в циклон, где выделение частиц пыли проис­ходит за счет центробежных сил, возникающих при вращении запыленного потока в циклоне. Пыль выделяется на стенки корпуса, далее выводится в бункер через пылевыпускное отверстие, а очищенный газ выходит вверх через выхлопную трубу, концентрически установленную в кор­пус.

Среди известных различных сухих способов очистки промышленных газов от пыли наибольшая эффективность улавливания тонкодисперсных частиц (размером до 5 мкм) достигается практически только при использовании рукавных фильтров и электрофильтров. Выбор одного из этих двух типов аппаратов определяется технико-экономическим сопоставлением. При этом надо учитывать следующие факторы.