工业上如何大量制取氢气，

登峰。 2024-05-21 23:35:08

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氢气的工业制法之一氢气是一种重要的工业气体。工业上制取氢气，依据原料、设备和成本情况，以及对氢气纯度的要求，可分别采取以下多种方法制取。①电解法将直流电通过铂电极（或其它惰性材料）通入水中，在阴极可以得到氢气，纯度高达99.5~99.8%：氯碱工业电解饱和食盐水制**和烧碱时，也同时得到副产品氢气：②水煤气转化法　将水蒸气通过炽热的焦炭层制得水煤气：然后将水煤气跟水蒸气混合，以氧化铁为催化剂，使水煤气中的co转化为co2：二氧气化碳溶于水，通过加压水洗即得到较纯净的氢气。③烃类裂解法　碳氢化合物经过高温裂解，裂解气中含有大量氢气，经过低温冷冻系统，可得到90%的氢气。如甲烷裂解：④烃类蒸气转化法　碳氢化合物在高温和催化剂的作用下与水蒸气作用，可以得到主要含氢气和一氧化碳的一种混合气体，例如：用分子筛吸附法或水煤气转化法除去co，可得到纯净的氢气。天然气、油田气和炼厂气（石油炼制厂的副产气体）等都可用烃类裂解法和烃类蒸气转化法得到氢气。氢气的工业制法之二工业上制取氢气有下列几种方法：（1）电解水法　在电解槽中，电解25%naoh溶液，温度控制在80~85℃，在阴极上析出氢气，在阳极上析出氧气。在阴极上　 4h++4e===2h2在阳极上　 4oh-====2h2o+o2+4e因为h+和oh-来自h2o的电离，所以电解h2o的反应是：用这种方法制得的氢气，含杂质很少，其纯度为99.7%~99.8%。（2）电解食盐水法　在氯碱工业中，电解食盐的饱和溶液，温度控制在70~80℃，除得到**和**外，同时可制得氢气。主要反应如下：在阳极上　 2cl-====cl2+2e在阴极上　 2h++2e====h2在阴极附近积集了oh-离子和na+离子。（3）水煤气转化法先将水蒸气通过灼热的无烟煤或焦炭，制得水煤气：再将水煤气与过量水蒸气混合，在450~550℃和催化剂的作用下，使水煤气中的一氧化碳转化为二氧化碳，并增加了混合气体中氢气的含量。最后将二氧化碳和氢气的混合气体加压（12~30大气压），经过水洗或用**吸收以除去二氧化碳，而分离出氢气。（4）从天然气、炼厂气（石油炼制厂的副产气体）、油田气等气体燃料中获得氢气。在这些燃料气体中都含有大量的碳氢化合物。在一定条件下，可以和水蒸气或氧气反应，生成一氧化碳和氢气。例如，以甲烷为主要成分的天然气（甲烷含量在95%以上）和水蒸气在800~1000℃时以镍为催化剂，即可转化为一氧化碳和氢气。又如，在炼厂气中含有氢气和甲烷9~40%，其它碳氢化合物91~60%，在高温下，借催化剂的作用，将氧气和过量的炼厂气进行部分氧化反应，可制得一氧化碳和氢气。从上述一氧化碳和氢气的混合气体分离出氢气的方法，与水煤气转化法相同。氢气的工业制法之三工业上制氢气要考虑到原料、能量来源、成本和设备情况，也要根据所需氢气的纯度和用量来制造氢气，现把主要方法简介于下：一、电解水制氢多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽（外形似压滤机）来电解**或**的水溶液。阳极出氧气，阴极出氢气。该方法成本较高，但产品纯度大，可直接生产99.7%以上纯度的氢气。这种纯度的氢气常供：①电子、仪器、仪表工业中用的还原剂、保护气和对坡莫合金的热处理等，②粉末冶金工业中制钨、钼、硬质合金等用的还原剂，③制取多晶硅、锗等半导体原材料，④油脂氢化，⑤双氢内冷发电机中的冷却气等。像北京电子管厂和科学院气体厂就用水电解法制氢。二、水煤气法制氢用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气（c+h2o→co+h2─热）。净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的co转化成co2（co+h2o→co2+h2）可得含氢量在80%以上的气体，再压入水中以溶去co2，再通过含氨蚁酸亚铜（或含氨乙酸亚铜）溶液中除去残存的co而得较纯氢气，这种方法制氢成本较低产量很大，设备较多，在合成氨厂多用此法。有的还把co与h2合成甲醇，还有少数地方用80%氢的不太纯的气体供人造液体燃料用。像北京化工实验厂和许多地方的小氮肥厂多用此法。三、由石油热裂的合成气和天然气制氢石油热裂副产的氢气产量很大，常用于汽油加氢，石油化工和化肥厂所需的氢气，这种制氢方法在世界上很多**都采用，在我国的石油化工基地如在庆化肥厂，渤海油田的石油化工基地等都用这方法制氢气也在有些地方采用（如美国的bay、way和batan rougo加氢工厂等）。四、焦炉煤气冷冻制氢把经初步提净的焦炉气冷冻加压，使其他气体液化而剩下氢气。此法在少数地方采用（如**的ke mepobo工厂）。五、电解食盐水的副产氢在氯碱工业中副产多量较纯氢气，除供合成**外还有剩余，也可经提纯生产普氢或纯氢。像化工二厂用的氢气就是电解盐水的副产。六、酿造工业副产用玉米发酵**、丁醇时，发酵罐的废气中有1/3以上的氢气，经多次提纯后可生产普氢（97%以上），把普氢通过用液氮冷却到─100℃以下的硅胶列管中则进一步除去杂质（如少量n2）可制取纯氢（99.99%以上），像北京酿酒厂就生产这种副产氢，用来烧制石英制品和供外单位用。七、铁与水蒸气反应制氢但品质较差，此系较陈旧的方法现已基本淘汰。[附]纯氢供应到用户后还有的要再提纯（如处理坡莫合金），其法系通过分子筛，105催化剂，再通过分子筛，最后用钯银合金薄管过滤可得99.99999%纯度的氢气。 20210311

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