工業(yè)上如何大量制取氫氣，

【專家解說】：氫氣的工業(yè)制法之一 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，以及對氫氣純度的要求，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，也同時得到副產(chǎn)品氫氣: ②水煤氣轉(zhuǎn)化法 將水蒸氣通過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)過高溫裂解，裂解氣中含有大量氫氣，經(jīng)過低溫冷凍系統(tǒng)，可得到90%的氫氣。如甲烷裂解: 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、油田氣和煉廠氣(石油煉制廠的副產(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，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(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，同時可制得氫氣。主要反應(yīng)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(zhuǎn)化法先將水蒸氣通過灼熱的無煙煤或焦炭，制得水煤氣: 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(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(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制造氫氣，現(xiàn)把主要方法簡介于下: 一、電解水制氫 多采用鐵為陰極面，鎳為陽極面的串聯(lián)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(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、保護氣和對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)電機中的冷卻氣等。像北京電子管廠和科學(xué)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(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，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(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家都采用，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 也在有些地方采用(如美國的Bay、way和Batan Rougo加氫工廠等)。 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，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，用來燒制石英制品和供外單位用。 七、鐵與水蒸氣反應(yīng)制氫 但品質(zhì)較差，此系較陳舊的方法現(xiàn)已基本淘汰。 [附]純氫供應(yīng)到用戶后還有的要再提純(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，最后用鈀銀合金薄管過濾可得99.99999%純度的氫氣。