⑴ 工業上如何大量製取氫氣,
氫氣的工業製法之一
氫氣是一種重要的工業氣體。工業上製取氫氣,依據原料、設備和成本情況,以及對氫氣純度的要求,可分別採取以下多種方法製取。①電解法將直流電通過鉑電極(或其它惰性材料)通入水中,在陰極可以得到氫氣,純度高達99.5~99.8%:
氯鹼工業電解飽和食鹽水制氯氣和燒鹼時,也同時得到副產品氫氣:
②水煤氣轉化法 將水蒸氣通過熾熱的焦炭層製得水煤氣:
然後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轉化為CO2:
二氧氣化碳溶於水,通過加壓水洗即得到較純凈的氫氣。
③烴類裂解法 碳氫化合物經過高溫裂解,裂解氣中含有大量氫氣,經過低溫冷凍系統,可得到90%的氫氣。如甲烷裂解:
④烴類蒸氣轉化法 碳氫化合物在高溫和催化劑的作用下與水蒸氣作用,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化法除去CO,可得到純凈的氫氣。天然氣、油田氣和煉廠氣(石油煉制廠的副產氣體)等都可用烴類裂解法和烴類蒸氣轉化法得到氫氣。
氫氣的工業製法之二
工業上製取氫氣有下列幾種方法:
(1)電解水法 在電解槽中,電解25%NaOH溶液,溫度控制在80~85℃,在陰極上析出氫氣,在陽極上析出氧氣。
在陰極上 4H++4e===2H2
在陽極上 4OH-====2H2O+O2+4e
因為H+和OH-來自H2O的電離,所以電解H2O的反應是:
用這種方法製得的氫氣,含雜質很少,其純度為99.7%~99.8%。
(2)電解食鹽水法 在氯鹼工業中,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,同時可製得氫氣。主要反應如下:
在陽極上 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)水煤氣轉化法先將水蒸氣通過灼熱的無煙煤或焦炭,製得水煤氣:
再將水煤氣與過量水蒸氣混合,在450~550℃和催化劑的作用下,使水煤氣中的一氧化碳轉化為二氧化碳,並增加了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),經過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、煉廠氣(石油煉制廠的副產氣體)、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氫化合物。在一定條件下,可以和水蒸氣或氧氣反應,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℃時以鎳為催化劑,即可轉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%,其它碳氫化合物91~60%,在高溫下,借催化劑的作用,將氧氣和過量的煉廠氣進行部分氧化反應,可製得一氧化碳和氫氣。
從上述一氧化碳和氫氣的混合氣體分離出氫氣的方法,與水煤氣轉化法相同。
氫氣的工業製法之三
工業上制氫氣要考慮到原料、能量來源、成本和設備情況,也要根據所需氫氣的純度和用量來製造氫氣,現把主要方法簡介於下:
一、電解水制氫
多採用鐵為陰極面,鎳為陽極面的串聯電解槽(外形似壓濾機)來電解苛性鉀或苛性鈉的水溶液。陽極出氧氣,陰極出氫氣。該方法成本較高,但產品純度大,可直接生產99.7%以上純度的氫氣。這種純度的氫氣常供:①電子、儀器、儀表工業中用的還原劑、保護氣和對坡莫合金的熱處理等,②粉末冶金工業中制鎢、鉬、硬質合金等用的還原劑,③製取多晶硅、鍺等半導體原材料,④油脂氫化,⑤雙氫內冷發電機中的冷卻氣等。像北京電子管廠和科學院氣體廠就用水電解法制氫。
二、水煤氣法制氫
用無煙煤或焦炭為原料與水蒸氣在高溫時反應而得水煤氣(C+H2O→CO+H2─熱)。凈化後再使它與水蒸氣一起通過觸媒令其中的CO轉化成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量很大,設備較多,在合成氨廠多用此法。有的還把CO與H2合成甲醇,還有少數地方用80%氫的不太純的氣體供人造液體燃料用。像北京化工實驗廠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
石油熱裂副產的氫氣產量很大,常用於汽油加氫,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家都採用,在我國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
也在有些地方採用(如美國的Bay、way和Batan Rougo加氫工廠等)。
四、焦爐煤氣冷凍制氫
把經初步提凈的焦爐氣冷凍加壓,使其他氣體液化而剩下氫氣。此法在少數地方採用(如前蘇聯的Ke Mepobo工廠)。
五、電解食鹽水的副產氫
在氯鹼工業中副產多量較純氫氣,除供合成鹽酸外還有剩餘,也可經提純生產普氫或純氫。像化工二廠用的氫氣就是電解鹽水的副產。
六、釀造工業副產
用玉米發酵丙酮、丁醇時,發酵罐的廢氣中有1/3以上的氫氣,經多次提純後可生產普氫(97%以上),把普氫通過用液氮冷卻到─100℃以下的硅膠列管中則進一步除去雜質(如少量N2)可製取純氫(99.99%以上),像北京釀酒廠就生產這種副產氫,用來燒制石英製品和供外單位用。
七、鐵與水蒸氣反應制氫
但品質較差,此系較陳舊的方法現已基本淘汰。
[附]純氫供應到用戶後還有的要再提純(如處理坡莫合金),其法系通過分子篩,105催化劑,再通過分子篩,最後用鈀銀合金薄管過濾可得99.99999%純度的氫氣。
⑵ 工業如何制氫
1、電解法:將水電解得氫氣和氧氣。2.烴類裂解法:此法得到的裂解氣含大量氫氣,其含量視原料性質及裂解條件的不同而異。裂解氣深冷分離得到純度90%的氫氣,可作為工業用氫。3.烴類蒸汽轉化法:烴類在高溫和催化劑存在下,可與水蒸氣作用製成含氫的合成氣。4.煉廠氣:石油煉廠生產過程中產生的各種含氫氣體,如催化裂化、催化重整、石油焦化等過程產生的含氫氣體,以及焦爐煤氣,含氫45%至60%,經過深冷分離,可得純度較高的工業氫氣。
⑶ 工業是如何生產氫氣的
工廠生產方法有:
1、電解水制氫.
水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的逆過程,因此只要提供一定形式一定能量,則可使水分解。提供電能使水分解製得氫氣的效率一般在75-85%,其工藝過程簡單,無污染,但消耗電量大,因此其應用受到一定的限制。利用電網峰谷差電解水制氫,作為一種貯能手段也具有特點。我國水力資源豐富,利用水電發電,電解水制氫有其發展前景。太陽能取之不盡,其中利用光電制氫的方法即稱為太陽能氫能系統,國外已進行實驗性研究。隨著太陽電池轉換能量效率的提高,成本的降低及使用壽命的延長,其用於制氫的前景不可估量。同時,太陽能、風能及海洋能等也可通過電製得氫氣並用氫作為中間載能體來調節,貯存轉化能量,使得對用戶的能量供應更為靈活方便。供電系統在低谷時富餘電能也可用於電解水制氫,達到儲能的目的。我國各種規模的水電解制氫裝置數以百計,但均為小型電解制氫設備,其目的均為制提氫氣作料而非作為能源。隨著氫能應用的逐步擴大,水電解制氫方法必將得到發展。
2、礦物燃料制氫
以煤、石油及天然氣為原料製取氫氣是當今製取氫氣是主要的方法。該方法在我國都具有成熟的工藝,並建有工業生產裝置。
(1)煤為原料製取氫氣
在我國能源結構中,在今後相當長一段時間內,煤炭還將是主要能源。如何提高煤的利用效率及減少對環境的污染是需不斷研究的課題,將煤炭轉化為氫是其途徑之一。
以煤為原料製取含氫氣體的方法主要有兩種:一是煤的焦化(或稱高溫干餾),二是煤的氣化。焦化是指煤在隔絕空氣條件下,在90-1000℃製取焦碳副產品為焦爐煤氣。焦爐煤氣組成中含氫氣55-60%(體積)甲烷23-27%、一氧化碳6-8%等。每噸煤可得煤氣300-350m3,可作為城市煤氣,亦是製取氫氣的原料。煤的氣化是指煤在高溫常壓或加壓下,與氣化劑反應轉化成氣體產物。氣化劑為水蒸汽或氧所(空氣),氣體產物中含有氫有等組份,其含量隨不同氣化方法而異。我國有大批中小型合成氫廠,均以煤為原料,氣化後製得含氫煤氣作為合成氨的原料。這是一種具有我國特點的取得氫源方法。採用OGI固定床式氣化爐,可間歇操作生產製得水煤氣。該裝置投資小,操作容易,其氣體產物組成主要是氫及一氧化碳,其中氫氣可達60%以上,經轉化後可製得純氫。採用煤氣化制氫方法,其設備費占投資主要部分。煤地下氣化方法近數十年已為人們所重視。地下氣化技術具有煤 資源利用率高及減少或避免地表環境破壞等優點。中國礦業大學餘力等開發並完善了"長通道、大斷 面、兩階段地下煤氣化"生產水煤氣的新工藝,煤氣中氫氣含量達50%以上,在唐山劉庄已進行工業性試運轉,可日產水煤氣5萬m3,如再經轉化及變壓吸附法提純可製得廉價氫氣,該法在我國具有一定開發前景.我國對煤制氫技術的掌握已有良好的基礎,特別是大批中小型合成氨廠的制氫裝置遍布各地,為今後提供氫源創造了條件。我國自行開發的地下煤氣化制水煤氣獲得廉價氫氣的工藝已取得 階段成果,具有開發前景,值得重視。
(2)以天然氣或輕質油為原料製取氫氣
該法是在催化劑存在下與水蒸汽反應轉化製得氫氣。主要發生下述反應:
CH4+H2O→CO+H2
CO+H2O→COZ+HZ
CnH2h+2+Nh2O→nCO+(Zh+l)HZ
反應在800-820℃下進行。從上述反應可知,也有部分氫氣來自水蒸汽。用該法製得的氣體組成中,氫氣含量可達74%(體積),其生產成本主要取決於原料價格,我國輕質油價格高,制氣成本貴,採用受到限制。大多數大型合成氨合成甲醇工廠均採用天然氣為原料,催化水蒸汽轉化制氫的工藝。我國在該領域進行了大量有成效的研究工作,並建有大批工業生產裝置。我國曾開發採用間歇式天然氣蒸汽轉化制氫工藝,製取小型合成氨廠的原料,這種方法不必用采高溫合金轉化爐,裝置投資成本低。以石油及天然氣為原料制氫的工藝已十分成熟,但因受原料的限制目前主要用於製取化工原料。
(3)以重油為原料部分氧化法製取氫氣
重油原料包括有常壓、減壓渣油及石油深度加工後的燃料油,重油與水蒸汽及氧氣反應製得含氫
氣體產物。部分重油燃燒提供轉化吸熱反應所需熱量及一定的反應溫度。該法生產的氫氣產物成本
中,原料費約佔三分之一,而重油價格較低,故為人們重視。我國建有大型重油部分氧化法制氫裝置,用於製取合成氫的原料。
⑷ 工業上氫氣如何制備
工業製法 1.利用電解飽和食鹽水產生氫氣,如2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑ 2.工業上用水和紅熱的碳反應 3.用鋁和氫氧化鈉反應製取: 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 補充:實驗室製法1.用強酸與活潑金屬反應,如Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ 2.用鹼金屬與水反應,如2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ 製取氫氣的新方法 盛有氫氣的集氣瓶的放置方法 1.用氧化亞銅作催化劑從水中製取氫氣。 2.用新型的鉬的化合物從水中製取氫氣。 3.用光催化劑反應和超聲波照射把水完全分解的方法。 4.陶瓷跟水反應製取氫氣。 5.生物質快速裂解油製取氫氣。 6.從微生物中提取的酶制氫氣。 7.用細菌製取氫氣。 8.用綠藻生產氫氣。 9.有機廢水發酵法生物制氫氣。 10.利用太陽能從生物質和水中製取氫氣。 利用太陽能從生物質和水中製取氫氣是最佳的製取氫氣的方法。理由是太陽能能量巨大、取之不盡、用之不竭、而且清潔、無污染、不需要開采、運輸。怎樣製取氫氣的成本就大大降低。 11.用二氧化鈦作催化劑,在激光的照射下,讓水分解成氫氣和氧氣.