氢气制造知识培训

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1、氢是元素中期表中第一种元素，也是最轻的元素，原子量为l.0079。它是组成水、石油、煤炭及有机命体等的一个要素。由两个氢原子结合在一起成为氢分子，即氢的单质。氢是自然界较为丰富的物质，也是应用最广泛的物质之一，是重要的工业原料，在化学工业、半导体工业及冶金工业等中均占有重要的地位，特别是在化学工业中以氢为原料可生产许多重要的化工产品，如合成氨、甲醇、精炼各种石油产品及合成多种有机化学产品。氢也可作为燃料，是城市煤气及工业燃料的重要组成部分。大部分氢气是生产后就地消耗使用，如石油油工业的制氢装置就是为精制各种石油产品和合成各种有机化学产品提供氢源。1.1氢气的性质氢气是一

2、种无色无味的气体，在通常情况下其密度约为空气的十三分之一。采用致冷剂将氢气进行冷冻或高压氢气通过绝热膨胀，将温度降至其临界温度以下，压力高于临界压力，均可将氢气液化。液态氢在减压下蒸发可形成固体氢。表1——1气态氢的物理性质密度，kmol/cm30.0446焓，(0℃),J/mol.K139.59粘度，mPa.s0.00834导阻系数，mW/cm.K1.739表1-2液态氢的物理性质熔点（三相点）。K13.947沸点。K20.38临界温度，K33.18临界压力，kPa1315临界体积，cm3/mol66.949密度，mol/cm3沸点下0.0352熔点下0.0383气化

3、热,J/mol899.1焓,J/mol在三相点28.7沸点下34.92导热系数,mW/cm.K在三相点0.74沸点下1.00表1-3固态氢的物理性质熔点（三相点），K13.947蒸气压，kPa熔点下7.210KF0.231密度（熔点下），kmol/cm343.01溶解热（熔点下），J/mol117.2升华热（熔点下），J/mol1028.4焓（熔点下），J/mol.k20.3导热系数（熔点下），mW/am.K9.0氢气在一般溶剂中的溶解度很低。表1-4是几种常见溶剂对氢气的溶解度(25℃)。氢在气态、液态和固态都是绝缘体。表1-4氢气在常见溶剂中的溶液度溶剂溶解度，ml

4、/L水19.9乙醇89.4丙酮76.4苯75.61．1．2氢气的化学性质氢能与很多物质进行化学反应，在进行化学反应形成化合物时其价键具有特征。氢原子失去其ls电子就成为H+离子，实际上就是氢原子核或质子。质子的半径比氢原子的半径要小许多倍，使质子有相对很强的正电场。因此它总是同别的原子或分子结合在一起形成新的物质。如加氢反应就是将氢气加到各种化合物上的反应。如甲烷化反应：C02+4H2——CH4+2H201.2氢气制造方法及其用途1.2.1氢气制造方法氢气制造包括两个过程，即含氢气体制造及氢气提纯。根据所需氢气的用途不同，采用不同的制造工艺，得到不同纯度的氢气。制造含氢

5、气体的原料，目前主要是碳氢化合物，包括固体(煤)、液体(石油)及气体(天然气)。水是制造氢气的另一重要原料，可以采用单独从水中制取氢气如电解水，也可以与碳氢化合物相结合制得氢气。下面主要叙述以碳氢化合物制造氢气的方法。化石燃料包括煤、石油和天然气，它们是制取氢气的基础原料。这些原料中碳氢比有很大的差别。例如天然气中碳和氢的比为l：4，石脑油为1：2.2，重油为l：1.4，煤为1：1.3。(1)煤的高温干馏(亦称焦化)。煤在隔绝空气的条件下在焦炉中加热到900～1100℃。在得到主要产物焦炭的同时，还副产许多炼焦化学产品，如煤焦油、粗苯、氨及焦炉气等。焦炉气中含有大量氢气

6、，1t原料煤可得焦炉气(STP)为300～350m3。焦炉气组成为氢55%～66%(体积)，甲烷23%～27%，一氧化碳5%～8%，C2以上不饱和烃2%～4%，二氧化碳1.5%～3%，氮3%～7%，氧O.3%～0.8%。焦炉气在20世纪50年代以前是获取氢气的主要来源之一。从焦炉出来的焦炉气温度在750～850℃，经冷却并脱除其中所含的煤焦油、粗苯及氨等组分。处理后焦炉气含氢约50%～60%，若需进一步提纯则可采用深冷分离法、变压吸附法等进行处理。(2)部分氧化法。是以烃类为原料制取含氢气体的方法之一。烃类与水蒸汽反应可制得氢气。该反应为一强吸热反应，反应所需热量采用由

7、燃烧部分原料供给，故称之为部分氧化法。烃类原料选择范围十分广泛，从天然气(CH4)到石油炼制过程中所得重质渣油均适用。当以天然气为原料时，加入不足量的氧气，使部分甲烷燃烧为C02和H20并放出大量的热。CH4+202——C02+2H20+1802kJ在高温及水蒸汽存在下，CO2及水蒸汽可与未燃烧的CH4反应，得到主要产物C0及H2，燃烧所得C02不多，反应为强吸热反应。CH4+C02——CO+2H2—206kJCH4+H20—CO+3H2—247kJ综合：CH4+0.502——CO+2H2为了防止反应过程中碳析出，需补加入一定量的水蒸汽。