氫氣是壹種重要的工業氣體。根據原料、設備和成本,以及對氫氣純度的要求,氫氣的工業生產可采用以下方法。①直流電通過鉑電極(或其他惰性材料)電解引入水中,在陰極可獲得氫氣,純度高達99.5~99.8%。氯堿工業用飽和鹽水電解生產氯氣和燒堿時,還得到副產品氫氣。②水煤氣是用水煤氣轉換法將水蒸汽通過熱焦層產生的。然後水煤氣與水蒸氣混合,水煤氣中的CO以氧化鐵為催化劑轉化為CO2。二氧化碳溶解在水中。(3)烴類裂解法烴類在高溫下裂解,裂解氣中含有大量氫氣,通過低溫制冷系統可獲得90%的氫氣。比如甲烷裂解:④烴類蒸汽重整法可以在高溫下,在催化劑的作用下,與水蒸氣反應,得到以氫氣和壹氧化碳為主的混合氣體。例如,可以通過分子篩吸附或水煤氣轉化法除去CO來獲得純氫氣。氫氣可以從天然氣、油田氣和煉廠氣(石油煉廠的副產品氣)中通過烴類裂解和烴類蒸汽重整獲得。第二種工業制氫方法有以下幾種:(1)電解水法在電解槽中,電解25%的NaOH溶液,溫度控制在80~85℃,使氫沈澱在陰極,氧沈澱在陽極。陰極上4h++4e = = 2h2陽極上4oh-= = = 2h2o+O2+4e。因為H+和OH-來自H2O的電離,電解H2O的反應是,這種方法產生的氫氣雜質少,純度為99.7%~99.8%。(2)電解鹽溶液法氯堿工業中,電解鹽的飽和溶液控制在70~80℃,可同時得到氯氣和氫氧化鈉。主要反應如下:陽極上,2cl-= = = Cl2+2e,陰極上,2h++2e = = = H2在陰極附近積累OH-離子和Na+離子。(3)水煤氣轉化法:首先,水蒸氣通過燒焦的無煙煤或焦炭制得水煤氣;然後,將水煤氣與過量的水蒸氣混合,在催化劑的作用下,水煤氣中的壹氧化碳在450-550℃轉化為二氧化碳,並增加混合氣體中氫氣的含量。最後將二氧化碳和氫氣的混合氣體加壓(12~30大氣壓),用水洗滌或用氨水吸收,除去二氧化碳,分離出氫氣。(4)氫氣是從天然氣、煉廠氣(煉油廠的副產品氣)、油田氣等氣體燃料中獲得的。這些燃氣中含有大量的碳氫化合物。在壹定條件下,它能與水蒸氣或氧氣反應生成壹氧化碳和氫氣。如天然氣(甲烷含量95%以上)和以甲烷為主要成分的蒸汽,在800~1000℃下,以鎳為催化劑,可轉化為壹氧化碳和氫氣。再比如煉廠氣含有9-40%的氫氣和甲烷,91-60%的其他碳氫化合物。在催化劑的作用下,氧氣和過量的煉廠氣在高溫下被部分氧化,生成壹氧化碳和氫氣。從壹氧化碳和氫氣的混合氣體中分離氫氣的方法與水煤氣變換法相同。氫氣的第三種工業生產方法:氫氣的工業生產要考慮原料、能源、成本和設備,也要根據所需氫氣的純度和用量來生產氫氣。主要方法簡述如下:壹是以鐵為陰極面,鎳為陽極面的系列電解槽,電解氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液。陽極產生氧氣,陰極產生氫氣。該方法成本高,但產品純度高,可直接制得純度在99.7%以上的氫氣。這種純度的氫氣常用於:①電子、儀器儀表行業用坡莫合金的還原劑、保護氣體和熱處理;②粉末冶金工業中用來制造鎢、鉬和硬質合金的還原劑;③多晶矽、鍺等半導體原料;④油脂氫化;⑤雙氫冷發電機用冷卻氣體。比如北京電子管廠、科學院氣體廠都是用水電解制氫。2.水煤氣制氫:無煙煤或焦炭在高溫下與水蒸氣反應得到水煤氣(C+H2O→Co+H2-熱)。凈化後,其中的CO通過催化劑與水蒸氣壹起轉化為CO2(CO+H2O→CO2+H2),從而得到氫氣含量在80%以上的氣體,然後將其壓入水中溶解CO2,再從含氨基甲酸亞銅(或含氨的乙酸亞銅)的溶液中除去殘留的CO,得到純凈的氫氣。該方法制氫成本低,產量大,設備多,常用於合成氨廠。壹些工廠也用壹氧化碳和H2合成甲醇,還有壹些地方使用純度較低、含80%氫氣的氣體作為人造液體燃料。北京化學實驗廠和許多地方的小氮肥廠經常采用這種方法。(3)石油熱解的合成氣和天然氣制氫量很大,常用於汽油加氫和石化、化肥廠所需的氫氣。世界上許多國家都采用這種制氫方法,我國的石化基地,如青青化肥廠、渤海油田,以及壹些地方(如美國的Bay、way、Batan Rougo加氫廠等)都采用這種方法。).4.通過冷凍焦爐氣生產氫氣冷凍並加壓初步凈化的焦爐氣以液化其它氣體並留下氫氣。少數地方采用這種方法(如前蘇聯的克美珀寶工廠)。5.電解鹽水副產氫氣在氯堿工業中產生大量純氫氣,不僅用於合成鹽酸,還可以提純生產普通氫氣或純氫氣。
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