工业上如何大量制取氢气,

工业上如何大量制取氢气,
工业上如何大量制取氢气,

工业上如何大量制取氢气,
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氯气和烧碱时,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

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℃,除得到氯气和氢氧化钠外,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）,经过水洗或用氨水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）来电解苛性钾或苛性钠的水溶液.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国家都采用,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（如前苏联的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,除供合成盐酸外还有剩余,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
用玉米发酵丙酮、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.