工业中的氢气有哪些制取方式?

2021-07-17   责任编辑: 深邦特气体     1218

氢在地球上是最丰富的元素,最常见的含氢物质便是水,还有就是各种含氢化合物如石油、天然气、硫化氢及各种生物质等。大家可以把这些都称为“氢矿”。那么工业中制取氢气都有哪些方式呢?下面一起来看看吧。
 

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一、以煤为原料制氢

1、煤的焦化(或称高温干馏),煤在隔绝空气条件下,在 900~1000℃制取焦碳,副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组份中含氢气 55~60%(体积)、甲烷23~27%一氧化碳5~8%等。每吨煤可得煤气 300~350m3,作为城市煤气,亦是制取氢气的原料。

 

2、煤的气化,使煤在高温常压或加压下,与水蒸汽或氧气(空气)等反应转化成气体产物。气体产物中氢气的含量随不同气化方法而异。煤气化制氢是一种具有我国特点的制氢方法。通常做法是将煤从地下挖出,破碎、分类后放到专门的设备中进行上述反应。

 

3、也可以在地下进行煤制氢,一般在煤矿的地表建成两个井,一个进气,一个出含氢的混合气。在地面上净化,得到可用的氢。地下气化技术具有煤资源利用率高及减少或避免地表环境破坏等优点。

 

二、天然气制氢

天然气制氢的本质是以甲烷中的碳取代水中的氢,碳起到化学试剂作用并为置换反应提供热。氢大部分来自于水,小部分来自天然气本身。天然气的主要成分是甲烷( CH4),本身就含有氢。和煤制氢相比,用天然气制氢产量高、加工成本较低,排放的温室气体少,其中天然气蒸汽转化是较普遍的制造氢气方法。工业上甲烷蒸汽转化过程采用镍做催化剂,操作温度750~920℃,操作压力 2.17~2.86MPa。较高的压力可以改善过程效率。反应是吸热的,热量通过燃烧室燃烧甲烷供给。甲烷蒸汽转化制得的合成气,经过高低温变换反应将一氧化碳转化为二氧化碳和额外的氢气。为了防止甲烷蒸汽转化过程析碳,反应进料中需采用过量的水蒸气。最终氢气的收率与采用的技术路线有关。

 

三、重油部分氧化制造氢气

重油是炼油过程中的残余物,可用来制造氢气。重油部分氧化过程中碳氢化合物与氧气、水蒸气反应生成氢气和二氧化碳。该过程在一定的压力下进行,可以采用催化剂,也可以不采用催化剂,这取决于所选原料与过程。催化部分氧化通常是以甲烷或石脑油为主的低碳烃为原料,而非催化部分氧化则以重油为原料,反应温度在 1150~1315℃。重油部分氧化制得的氢主要来自水蒸气。

 

四、水电解制造氢气

水电解制氢的本质是以电能打开水中的氢和氧的结合键,最终生成氢气和氧气。这里的氢全部来自于水。水电解制造氢气是成熟的制造氢气的方法,已有80余年生产历史。水电解制得的氢气纯度高,操作简便,但需耗电。水电解制氢的效率一般在 75~ 85%,一般生产1m3氢气和0.5m3氧气的电耗为4~5kWh。根据热力学原理,电解水制得1m3氢气和0.5m3氧气的最低电耗要2.95度电。所以有的发明家得到低于此值的结果就不可信了。当然,如果是电解水溶液,得到氢和另一种非氧的产物,其电耗另当别论。

 

五、分离回收副产氢气

电解食盐水制烧碱、煤炼焦炭、合成氨制化肥以及钢铁等多种行业均产生大量的氢气副产品。如能采取适当的措施将这些氢气分离回收,每年可得到上百亿立方米的氢气,替代数千万吨汽油。

 

我国资源的分布不均匀,导致了不同地区采用不同的制氢方式,各种各样的工业制氢,也各有优缺点,所以制氢除了要考虑成本以及效率之外,地区的资源也是要算入其中的。随着技术的发展,一定会出现节能高效的制氢方式。深邦特专注企业、工厂和实验室的气体供应,目前已成为深圳地区大型的专业气体生产、运输、供应、压力容器和压力管道安装和技术服务为一体的工业气体企业。


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