Горючие газы (природный, попутный нефтяной и газы нефтепереработки, генераторные и коксовый) являются в настоящее время важнейшими источниками для получения водорода, используемого в больших количествах в качестве сырья для проведения синтезов органических соединений, восстановления нитросоединений, карбоновых кислот, окислов металлов, гидрогенизации нефтепродуктов (с целью их очистки от сернистых соединений и смол), растительных масел, для создания защитной среды при обработке металлов, для сварки металлов и т. д.
Важнейшим потребителем водорода является производство синтетического аммиака. Ввиду больших масштабов производства аммиака переход на получение водорода из более дешевого сырья является важной народнохозяйственной задачей, которая в настоящее время успешно разрешается. Для проведения синтеза аммиака необходимо получать смесь водорода с азотом, содержащую эти газы в таком соотношении (3 объема Н 2:1 объему N2), которое отвечает уравнению протекающей реакции.
Получение водорода из коксового газа. Коксовый газ содержит в своем составе значительное количество водорода, вследствие чего он является важным источником получения азотоводородной смеси для синтеза аммиака. Водород из коксового газа получается чисто физическим путем: при глубоком охлаждении этого газа (до —190°), осуществляемом преимущественно за счет испарения жидкого азота; все составные части газа, кроме водорода и азота, конденсируются почти полностью. Для окончательного удаления этих составных частей газ промывают жидким азотом, который их растворяет, частично испаряясь при этом и образуя, таким образом, азотоводородную смесь. Азот в данном способе получается из жидкого воздуха путем его разделения.
Разделение коксового газа основано на различии в температурах кипения его составных частей, которые равны (при атмосферном давлении): этилен — 103,8°; СН4 — 161,5°; СО — 191,5°; Na — 195,8°, Н2 — 252,8°, и на применении ступенчатой (фракционированной) конденсации. При этом способе разделения веществ осуществляют постепенное охлаждение смеси их паров в нескольких аппаратах, вследствие чего выделяется несколько жидких фракций. Такой способ разделения не является столь совершенным, как ректификация, и даже при большом различии температур кипения фракции являются смесями нескольких веществ.
Разделение коксового газа производят при повышенном давлении (обычно 12 am), так как это облегчает конденсацию вследствие повышения температур кипения всех веществ. Очищенный от H2S газ после сжатия до 12 am промывается водой, затем раствором едкого натра, после чего охлаждается до —45° (для удаления путем конденсации паров воды и бензола) и направляется последовательно в три трубчатых теплообменника. Здесь газ охлаждается в межтрубном пространстве протекающими противоточно по трубам теплообменников газообразными фракциями, полученными при -разделении газа и имеющими низкие температуры. Во втором теплообменнике, где температура газа снижается до —145°, конденсируется этиленовая фракция (содержащая 30—40% этилена), а в третьем, где газ охлаждается до —175°, — часть метановой фракции. Отсюда газ вместе с жидкой метановой фракцией поступает в испаритель жидкого азота, где газ охлаждается в трубах до —190° за счет испарения жидкого азота в межтрубном пространстве при 1 am. Здесь отделяется и стекает вниз метановая фракция (содержащая ~70—80% СН4), а смесь Н2 с N2i содержащая еще СО и немного СН4, промывается в колонне с тарелками, орошаемой жидким азотом. Стекающая из колонны смесь содержит 70—75% Na и 15—20% СО и называется фракцией окиси углерода. Выходящая из промывной колонны азотоводородная смесь обогащается азотом до содержания 25% Щ после чего направляется в теплообменники и далее в систему синтеза аммиака. Все жидкие фракции испаряются путем дросселирования и также направляются в теплообменники для использования их холода. Жидкий азот получается путем дросселирования сжатого до 200 am и охлажденного до —180° азота. Производительность подобных установок разделения доходит до 7000 нм3 газа в час. При смешении этиленовой и метановой фракции с фракцией окиси углерода получается так называемый «богатый газ» с теплотворной способностью 6000 ккал/нм3, используемый в качестве топлива. Во все возрастающих масштабах происходит также использование для химической переработки этилена, содержащегося в этиленовой фракции— в промышленности органического синтеза (см. часть XIII, гл. II), и метановой фракции (см. ниже).