氫氣是一種重要的工業(yè)氣體。工業(yè)上制取氫氣,依據(jù)原料、設(shè)備和成本情況氫氣,以及對(duì)氫氣純度的要求,可分別采取以下多種方法制取。①電解法將直流電通過(guò)鉑電極(或其它惰性材料)通入水中,在陰極可以得到氫氣,純度高達(dá)99.5~99.8%:
氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水制氯氣和燒堿時(shí),也同時(shí)得到副產(chǎn)品氫氣:
②水煤氣轉(zhuǎn)化法 將水蒸氣通過(guò)熾熱的焦炭層制得水煤氣:
然后將水煤氣跟水蒸氣混合,以氧化鐵為催化劑,使水煤氣中的CO轉(zhuǎn)化為CO2:
二氧氣化碳溶于水,通過(guò)加壓水洗即得到較純凈的氫氣。
③烴類裂解法 碳?xì)浠衔锝?jīng)過(guò)高溫裂解,裂解氣中含有大量氫氣,經(jīng)過(guò)低溫冷凍系統(tǒng),可得到90%的氫氣。如甲烷裂
④烴類蒸氣轉(zhuǎn)化法 碳?xì)浠衔镌诟邷睾痛呋瘎┑淖饔孟屡c水蒸氣作用,可以得到主要含氫氣和一氧化碳的一種混合氣體,例如:
用分子篩吸附法或水煤氣轉(zhuǎn)化法除去CO,可得到純凈的氫氣。天然氣、油田氣和的副產(chǎn)氣體)等都可用烴類裂解法和烴類蒸氣轉(zhuǎn)化法得到氫氣。
氫氣的工業(yè)制法之二
工業(yè)上制取氫氣有下列幾種方法:
(1)電解水法 在電解槽中氯氣報(bào)警器,電解25%NaOH溶液,溫度控制在80~85℃,在陰極上析出氫氣可燃?xì)怏w報(bào)警器,在陽(yáng)極上析出氧氣。
在陰極上4H++4e===2H2
在陽(yáng)極上4OH-====2H2O+O2+4e
因?yàn)镠+和OH-來(lái)自H2O的電離,所以電解H2O的反應(yīng)是:
用這種方法制得的氫氣,含雜質(zhì)很少,其純度為99.7%~99.8%。
(2)電解食鹽水法 在氯堿工業(yè)中,電解食鹽的飽和溶液,溫度控制在70~80℃,除得到氯氣和氫氧化鈉外氫氣,同時(shí)可制得氫氣。主要反應(yīng)如下:
在陽(yáng)極上2Cl-====Cl2+2e
在陰極上2H++2e====H2
在陰極附近積集了OH-離子和Na+離子。
(3)水煤氣轉(zhuǎn)化法先將水蒸氣通過(guò)灼熱的無(wú)煙煤或焦炭,制得水煤氣:
再將水煤氣與過(guò)量水蒸氣混合,在450~550℃和催化劑的作用下,使水煤氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳,并增加了混合氣體中氫氣的含量。
最后將二氧化碳和氫氣的混合氣體加壓(12~30大氣壓),經(jīng)過(guò)水洗或用氨水吸收以除去二氧化碳,而分離出氫氣。
(4)從天然氣、的副產(chǎn)氣體)、油田氣等氣體燃料中獲得氫氣。
在這些燃料氣體中都含有大量的碳?xì)浠衔?。在一定條件下,可以和水蒸氣或氧氣反應(yīng),生成一氧化碳和氫氣。例如,以甲烷為主要成分的天然氣(甲烷含量在95%以上)和水蒸氣在800~1000℃時(shí)以鎳為催化劑,即可轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣。
又如,在煉廠氣中含有氫氣和甲烷9~40%,其它碳?xì)浠衔?1~60%,在高溫下,借催化劑的作用,將氧氣和過(guò)量的煉廠氣進(jìn)行部分氧化反應(yīng),可制得一氧化碳和氫氣。
從上述一氧化碳和氫氣的混合氣體分離出氫氣的方法,與水煤氣轉(zhuǎn)化法相同。
氫氣的工業(yè)制法之三
工業(yè)上制氫氣要考慮到原料、能量來(lái)源、成本和設(shè)備情況,也要根據(jù)所需氫氣的純度和用量來(lái)制造氫氣,現(xiàn)把主要方法簡(jiǎn)介于下:
一、電解水制氫
多采用鐵為陰極面,鎳為陽(yáng)極面的串聯(lián)電解槽(外形似壓濾機(jī))來(lái)電解苛性鉀或苛性鈉的水溶液。陽(yáng)極出氧氣,陰極出氫氣。該方法成本較高,但產(chǎn)品純度大,可直接生產(chǎn)99。7%以上純度的氫氣。這種純度的氫氣常供:①電子、儀器、儀表工業(yè)中用的還原劑、保護(hù)氣和對(duì)坡莫合金的熱處理等,②粉末冶金工業(yè)中制鎢、鉬、硬質(zhì)合金等用的還原劑,③制取多晶硅、鍺等半導(dǎo)體原材料,④油脂氫化,⑤雙氫內(nèi)冷發(fā)電機(jī)中的冷卻氣等。像就用水電解法制氫。
二、水煤氣法制氫
用無(wú)煙煤或焦炭為原料與水蒸氣在高溫時(shí)反應(yīng)而得水煤氣(C+H2O→CO+H2─熱)。凈化后再使它與水蒸氣一起通過(guò)觸媒令其中的CO轉(zhuǎn)化成CO2(CO+H2O→CO2+H2)可得含氫量在80%以上的氣體,再壓入水中以溶去CO2,再通過(guò)含氨蟻酸亞銅(或含氨乙酸亞銅)溶液中除去殘存的CO而得較純氫氣,這種方法制氫成本較低產(chǎn)量很大,設(shè)備較多,在合成氨廠多用此法。有的還把CO與H2合成甲醇氫氣,還有少數(shù)地方用80%氫的不太純的氣體供人造液體燃料用。像和許多地方的小氮肥廠多用此法。
三、由石油熱裂的合成氣和天然氣制氫
石油熱裂副產(chǎn)的氫氣產(chǎn)量很大,常用于汽油加氫,石油化工和化肥廠所需的氫氣,這種制氫方法在世界上很多國(guó)家都采用,在我國(guó)的石油化工基地如在慶化肥廠,渤海油田的石油化工基地等都用這方法制氫氣
也在有些地方采用(如美國(guó)的Bay、way和等)。
四、焦?fàn)t煤氣冷凍制氫
把經(jīng)初步提凈的焦?fàn)t氣冷凍加壓,使其他氣體液化而剩下氫氣。此法在少數(shù)地方采用(如前蘇聯(lián)的Ke Mepobo工廠)。
五、電解食鹽水的副產(chǎn)氫
在氯堿工業(yè)中副產(chǎn)多量較純氫氣,除供合成鹽酸外還有剩余,也可經(jīng)提純生產(chǎn)普氫或純氫。像化工二廠用的氫氣就是電解鹽水的副產(chǎn)。
六、釀造工業(yè)副產(chǎn)
用玉米發(fā)酵丙酮、丁醇時(shí),發(fā)酵罐的廢氣中有1/3以上的氫氣,經(jīng)多次提純后可生產(chǎn)普氫(97%以上),把普氫通過(guò)用液氮冷卻到─100℃以下的硅膠列管中則進(jìn)一步除去雜質(zhì)(如少量N2)可制取純氫(99.99%以上),像北京釀酒廠就生產(chǎn)這種副產(chǎn)氫,用來(lái)燒制石英制品和供外單位用。
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