甲醇裂解法制氢气规程教材8.docx
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甲醇裂解法制氢气规程教材8
甲醇裂解—变压吸附制氢培训教材①
第一章概论②
甲醇裂解法制氢气12
甲醇裂解制氢含甲醇蒸汽转化和变压吸附制氢两部分13
甲醇裂解—变压吸附制氢培训教材
目录:
第一章概论
第二章化石燃料制氢
第一节天然气或裂解石油气制氢
第三章甲醇制氢
第四章变压吸附法提纯氢气
第五章甲醇制氢装置介绍
第一章概论
氢是自然界里最轻的元素,其分子量为2.016。
在一个大气压和20℃下的密度为83.764g/m3,其液化温度大约为-253℃。
由于这种特性,如按它的能量密度算,氢是难于以适当的形式来贮存的,而且有时还要消耗很多的能量。
自然界中的氢决大多数是不以游离状态存在的,而是以化合物的形态存在,其中最为常见的是水和化石类化合物。
在工业中利用水制取氢气需要消耗大量的电能,而利用化石燃料制取氢气又会加剧自然环境的恶化。
能源与环境是人类社会可持续发展涉及的最主要问题。
地球上的化石燃料储量有限,并且其使用会造成自然环境急剧恶化,从化石燃料逐步转而利用可持续发展、无污染的非化石能源是关键所在。
氢能是理想的清洁能源之一,已引起极大重视并广泛使用。
如将氢气直接用于内燃机的燃料,可获得比一般碳氢化合物燃料更高的效率,而且还具有零污染排放的优异性能;将氢气用于氢氧燃料电池则可得到高达45%~60%的化学能-电能转化效率,而一般的内燃机的热机效率仅为15%。
由于质子交换膜燃料电池技术的突破,高效燃料电池动力车样车已陆续出现。
随着技术的不断发展,氢能的应用范围必将不断扩大,大力开发氢能具有重大意义。
氢气是清洁能源,也是重要的化工原料。
氢气的制取都是从—次性能源转化而来,目前制取氢气的方法主要有:
煤、焦碳气化制氢,天然气或石油产品转化制氢,各种工业生产的尾气回收或焦化厂、氯碱厂副产氢以及水电解制氢等。
作为化工原料的含氢气体基本采用化石燃料制取,而作为工业氢气、石化行业加氢用的氢气,基本采用前面提及的含氢气体或工业生产的含氢尾气利用变压吸附法(PSA)或膜法分离或水电解法制取,这些制取方法国内外均有一定的成熟经验。
化石燃料——煤、石油、天然气是目前生产氢气的主要原料。
以煤为原料制取的焦炉气、水煤气、半水煤气等是当前我国生产合成氨、甲醇等的主要氢源,大约要占全部产量的三分之二以上;以石油、天然气转化制取的CO+H2的合成气也是合成氨、甲醇的重要氢源。
为获得纯度为≥99%的氢气,还应将上述的含氢气体(CO+H2),经过水蒸汽变换(CO+H2O→H2+CO2)获得H2、CO2混合气,经过变压吸收法(简称PSA法)、膜法分离等方法制取纯度>99%的氢气;其解吸气或尾气可作为燃料气进行利用。
天然气、煤制气转化制取氢气的技术经济性,主要取决于装置的规模、转化炉的类型以及整个系统的热利用状况等因素。
目前商品化的天然气、煤制气和变压吸附法联合制取纯度>99%氢气的装置能力可达每小时数十万立方米。
水电解制氢的原理是简单的,由浸没在电解液(通常为含KOH30%左右的碱性水溶液)中的一对电极,中间隔以防止氢气渗透的隔膜而构成的水电解小室,接通直流电后,水就被分解为氢气和氧气。
水电解制氢技术,设备简单、运行可靠、管理方便,不产生污染,制得的氢气纯度较高、杂质含量少,可应用于各种使用氢气的场所。
唯一的缺点是电能消耗较大,通常情况下电解氢气的成本较高。
目前商品化的水电解制氢装置的操作压力有常压、低压和中压,国内批量生产的压力水电解制氢装置的压力为0.8
~3.0MPa。
操作温度为80~90℃,氢气纯度≥99.7%,氧气纯度为≥99.5%,单位制氢电能消耗、最低可小于4.5kw.h/Nm3.H2。
设备使用寿命20-40年。
近年来,由于“氢能”受到世界各国的关注,低电能消耗的水电解制氢装置正在研制中,据报导日本的科技人员研制的水电解制氢装置(实验型),单位制氢电能消耗仅3.8kw.h/Nm3.H2。
尾气(副产)氢的回收利用中,合成氨等驰放气回收制氢应用广泛,在合成氨生产过程中,由于合成气中含有少量的甲烷等不参加合成反应的组份,随着合成氨过程的进行,甲烷等组份在循环气体中逐渐积累,因此在合成氨过程中必须将甲烷等组份排放,与此同时也会将有效气体一起排放,此合成氨排放气(驰放气)的组成一般为:
H250~65%,N215~20%,Ar3~4.5%,NH3≤200PPm;压力≥5.0MPa;生产一吨合成氨驰放气量约150~250Nm3。
自80年代以来,各种规模的合成氨装置建设了数百套规模不等的PSA提纯氢装置,运行情况良好,估计可增产合成氨3~5%。
若果将此类驰放气提纯的纯度为≥99%的氢气用于氢能、工业氢气,按我国目前的合成氨生产能力1.5亿吨/年计算,每年可回收≥99%的氢气约120亿Nm3,可供十余万辆燃料电池公交汽车使用。
焦炉煤气中氢的回收利用,我国目前年产焦炭约6000万吨以上,大部分均为钢铁工业企业内生产。
生产焦炭的同时可得到含氢气量为50~60%的焦炉煤气,生产一吨焦炭可获得400Nm3的焦炉煤气,年产焦炉煤气可达220亿立方米;若以变压吸附法从焦炉煤气中提纯氢气将可得到130亿立方米,这种提纯氢气的装置在宝钢、武钢等钢铁企业已经运行多年。
从炼厂富氢中回收氢气,在石油加工过程中有多种副产富氢气体产生,如:
催化重整过程中,烃类会发生转移反应,副产大量的富氢气体(>80%H2);在加氢精制、加气裂化反应、渣油催化裂化等过程中均有排放气(驰放气)、副产富氢气体产生。
对石油炼制过程中含氢气体的回收利用,早已得到国内外科技人员的关注、重视,现已有许多膜法分离装置、PSA提氢装置在国内外的石油加工过程应用,我国自80年代以来引进或自行设计、制造的此类装置正在各厂实际运行中,如浙江镇海炼油厂在1995年一套处理能力为50000Nm3/h的国产PSA提氢装置投入运行。
石油炼制工厂含氢气体资源虽然十分丰富,但石油炼制工厂也是用氢大户,据了解,加工一吨原油需耗氢50Nm3,所以石油炼制行业的氢气仍是供不应求。
氯碱厂副产氢的回收,在氯碱工厂以食盐(NaCl)水溶液为原料,采用离子膜或石棉隔膜电解槽生产烧碱(NaOH)、氯气(Cl2),同时还得到付产氢气。
若将此类氢气经过杂质去除后可得到≥99%的氢气,目前国内已有多家氯碱工厂的付产氢气经过PSA提纯等方法去除杂质后获得99%-99.999%的氢气,供各行各业使用或生产双氧水。
据了解我国的氯碱工厂的烧碱生产能力约为550万吨/年,若按每生产一吨烧碱可付产约270Nm3/t.NaOH计,每年可获得约14亿Nm3的氢气。
现我国有年产2万吨的氯碱厂数十家,若能回收副产氢气,一个年产2万吨的氯碱厂可日产氢气约15000Nm3/d。
纵观当今国际、国内已经成熟的、商业化的各种制氢方法,按照未来清洁能源的要求,既要改善生态环境,又要制氢成本低廉、数量巨大、丰富的氢源,可能至今还没有一种制氢方法能被人们认为是“满意”的。
但是,国内外经济发展的需要,人类不断提高生活质量的需要,改善人类生存环境的需要,我们必须寻求能够代替或部分代替日复一日污染人类生存环境且最终将会枯竭的化石燃料的清洁能源。
氢能将是一种主要被人们选择的未来的清洁能源。
氢的资源极其丰富,但氢是存在于各种形态的化合物中,因此要获得用作氢能的数量巨大、价格低廉、环境友好的氢源,还有相当的难度;将会与氢能的规模应用一样,应该是一个“渐变”的过程,同一切新事物的出现一样,氢能的应用人们将会经历从认识、适应、推广应用的过程;若果我们把“认识、适应”的阶段称为“过渡期”,我们在这个“过渡期”中必须进行宣传、示范和不断的探索、开发研究。
“过渡期”中的氢源何处来?
根据我国的具体条件,应该采取“多元化、多途径”的方针,按氢能应用推广的进程,目前采用的氢气制取方法主要有:
1、含氢尾气(驰放气)、副产氢气的回收利用。
如前所述,合成氨厂驰放气回收氢、焦化厂副产焦炉煤气提纯氢、氯碱工厂副产氢提纯等回收的氢气作为氢能应用,只要回收方法合理,将会获得较好的实效。
经过综合规划,采用合适的方式将这类氢气进行汇集、储运,应用于燃料电池汽车或天然气汽车掺混燃烧。
采取这种氢能的实际应用,既可降低CO2、NOx等污染物的排放量,为改善城市大气环境状况作贡献;还可以逐步提高人们对氢能作为清洁能源的认识,为大规模推广应用氢能创造条件。
2、利用化石燃料多联产制氢。
我国煤和煤层气资源丰富,国家的能源政策鼓励利用煤和煤层气资源,尤其是我国长江以北地区。
根据国内外煤化工技术的发展和改善人类生存环境的要求,煤制氢或天然气制氢采取综合利用的途径,即将煤层气或天然气制氢与化学品—甲醇、醋酸等生产相结合。
如在煤矿或煤层气矿邻近建立水煤浆气化装置或煤层气转化装置获得H2、CO、CO2混合气,经PSA装置、膜分离装置提纯氢气,同时也生产甲醇、醋酸、气肥等化学品。
如上海焦化厂那样的综合煤化工工厂。
3、利用可再生能源-水力发电、风力发电等生产的电能电解水制氢。
我国中、西部地区水力资源十分丰富,经过多年的开发建设,在中、西部地区已建成一批大中型的水电站,我国水电资源为3.78亿kW,年发电量约为2800亿kWh;我国的水电装机容量达8000kW。
四川、云南、湖北、湖南和甘肃等省电力供应中水电供应量已占1/3-1/2。
国家重点工程“西电东送”的建设将会提高水电利用率,但在每年的丰水期或调峰的需要仍有大量的弃水损失发电量,据了解著名的三峡水电站建成后,平枯年都有弃水,根据长江的天然水来水情况,弃水主要发生在每年的5-8月,弃水电能多达45亿kWh。
即使建设一座装设180万kW的抽水蓄能电站联合运行,三峡电站的弃水电能还将有21亿kWh,若将此电能利用于水电解制氢,可生产氢气4-4.5亿Nm3。
据说,在21世纪初拟建的抽水蓄能电站将有12座,若不建或少建蓄能电站,改为建设水电解制氢厂其产氢量将是巨大的。
另据报道华中电网每年丰水季节水电弃水电量也数量巨大;四川电力系统为减少水电弃水电量损失,采取水电置换措施,进行水电厂、火电厂置换交易,仅1999年交易6次,其置换电量达112340万度。
可见利用水电站弃水电量制氢将是一个十分巨大的氢源,何况通过电力系统的合理调配,还可能利用更多的谷段水电电量
用来制氢。
4、积极开发研究生物制氢、太阳能制氢、热化学法制氢,尽早实现更多的无污染、低成本的氢气生产方法。
工业上大量生产氢气的方法是用水蒸汽通过灼热的焦炭生成的水煤气或甲烷与水蒸汽作用后生成的物质经分离而得,但氢能广泛利用的最大障碍在于其储存与配给的困难,上述工业方法无法避免这一困难,解决这些问题的有效办法之一就是通过合适的具有高含氢量的液体燃料的催化转化即时产生氢气。
在所有可能利用的液体燃料中,甲醇以其含氢量高、廉价、易储存、运输方便、供远大于求而成为最佳选择。
第二章化石燃料制氢
氢气的生产途径很多,如图2-1所示。
但从生产氢的原料可将生产方法分为两类,即非再生氢和再生氢的生产方法。
前者消耗化石燃料,后者的原料是水或可再生物质。
虽然前者是目前市场氢的主要生产方法,但必将逐渐被后者所取代。
图2-1氢气生产方法
第一节天然气或裂解石油气制氢
一、水蒸气转化制氢反应
从天然气或裂解石油气(均为烃类化合物)制氢是现在大规模制氢的主要方法。
此外,工业上也大量使用石脑油(m/n为2.2:
1)为原料进行水蒸气转化制氢。
虽然这些原料都可以经热分解得到氢气,但通常是利用它们与水蒸气的变换反应,因为这类反应的温度相对较低(1100℃)。
烃类混合物与水蒸气反应制氢是一个多种平行反应和串联反应同时发生的复杂过程,主要包括转化与变换两类反应。
转化反应是:
CnHm+nH2O催化nCO+[(n+m)/2]H2(2-1)
由于甲烷的氢碳比(m/n)最高,达4:
1,故用甲烷作为生产氢气的原料气最为理想。
变换反应是将产物中的一氧化碳进一步与水反应生成氢气和二氧化碳:
CO+H2O催化H2+CO2(2-2)
转化反应式(2-1)为强吸热反应,变换反应式(2-2)则为放热反应,因为转化反应吸收热量超过变换反应放出的热量,所以整个反应过程是吸热的。
为了提高烃类的转化率,转化反应在高温下进行,但此条件不利于反应式(2-2)的进行,因此转化反应的产物中含有较多的一氧化碳。
由于烃类的水蒸气转化制氢中的大部分产品氢是通过反应式(2-1)得到的(约占85%以上),因此转化反应的工艺条件和作为主要设备的转化炉的设计,是衡量反应装置效率的主要标志。
其中最重要的工艺条件包括转化炉进口温度、转化炉出口温度、水碳比、转化炉操作压力和催化剂等,图2-2是天然气水蒸气转化制氢工艺流程间图。
图2-2天然气水蒸气转化制氢工艺流程图
如果以甲烷为原料生产氢气,每生产1kg氢副产5.5kg二氧化碳。
产物中的二氧化碳可用加压的方法分离,副产物的二氧化碳可作为生产纯碱或尿素的原料。
近年来,产纯碱或尿素的原料。
近年来,以变压吸附(PSA)工艺取代传统的二氧化碳洗涤法进行氢气的分离与提纯,使得氢气的纯度由原来的97%~98%提高到99%以上。
低碳烃的水蒸气转化制氢法相对于其他制氢方法而言,技术可靠、流程简单、投资低廉、操作简便,因而在氢气的工业生产中占有主导地位。
但是,该方法原料成本约占氢气成本的40%~80%,尤其是近年来石脑油价格上涨,使得采用该原料制氢几乎无利可图,因此正在开发新的制氢原料和方法,例如以来源丰富的炼厂干气为原料,经加氢及脱硫后与水蒸气进行转化反应制氢。
二、水蒸气转化制氢反应机理
早在20世纪30年代末期就已开始研究甲烷的水蒸气转化反应机理,但由于转化过程复杂,各人采用的研究方法、实验条件及实验结果的处理方法不同,阐述的反应机理也随之而异,至今尚未达成一个共同的认识。
早期研究认为,甲烷首先热分解产生中间产物次甲基(CH2):
CH4→CH2+H2
生成的次甲基再逐渐形成一系列中间产物乙烷、乙烯、乙炔及碳,与此同时,中间产物可与水蒸气反应生成H2、CO和CO2。
也有人认为,在镍催化剂的表面,甲烷转化的速率比甲烷分解的速率快得多,中间产物中不会有碳生成。
由于在甲烷热分解和甲烷水蒸气转化过程中,确有次甲基存在,于是有人提出以下的反应机理:
在镍催化剂表面,甲烷和水蒸气解离成次甲基和原子态氧,并在催化剂表面吸附及互相作用,最后生成CO、CO2和H2。
CH4+Z→ZCH2+H2
2CH2+H2()(g)→ZCO+2H2
ZCO→Z+CO
H20(g)+Z→ZO+H2
CO+ZO→C02+Z
式中,“z”为镍催化剂表面的活性中心,ZCH2、ZCO、ZO分别为化学吸附的次甲基、CO和氧原子。
以上反应机理说明,镍催化剂对反应物甲烷、水蒸气具有吸附和脱氢的能力,从而加速反应。
假定催化剂表面镍的能量分布是均匀的,则式CH4+Z→
ZCH2+H2表示的甲烷吸附、解离速率最慢,是整个反应的速率控制步骤。
其他反应的速率都很快,这也说明为什么甲烷水蒸气转化的反应速率与甲烷的分压有关。
三、水蒸气转化催化剂
工业装置使用的催化剂均以Ni为活性组分。
催化剂的载体通常是硅铝酸钙、铝酸钙以及难熔的耐火氧化物,例如Al2O3、MgO、CaO、ZrO2、TiO2等。
随着工艺条件的改变,对载体的耐压性和机械强度也提出不同要求。
近年来,一般使用a~AI2O3作为载体。
目前国内外开发的低Ni型天然气水蒸气转化催化剂含12%的NiO,而ICI公司近年来研制的PALL环负载NiO量只有2.7%,其活性与工业转化催化剂相同,可见降低Ni的用量还是大有潜力的。
只含活性组分Ni和载体的催化剂话性往往易于衰退,抗结碳性能也有待提高。
在催化剂中添加助剂可以抑制催化剂的熔结过程,防止Ni晶粒的长大,从而使它有较高、较稳定的活性,延长使用寿命并增加抗硫或抗积炭能力。
当前催化剂选用的添加剂已从碱金属、碱土金属和稀有金属氧化物发展到利用稀土金属氧化物来改善催化剂的活性、抗结碳性和热稳定性。
有文献报道,重稀土添加剂对Ni转化催化剂稳定性、抗结碳性及抗高温水蒸气氧化性能都有明显的改善,它可避免因Ni晶粒长大而产生的“完结”、“迁移”,从而保证了Ni的高分散度,保持催化剂较高、较稳定的活性。
添加La2O3的催化剂可在低水碳比下转化天然气,所用水蒸气量只超过化学计量的l0%。
由Ni/Ag/稀土金属(La、Ce、Yb、Pr、Nd)负载于氧化铝的催化剂对天然气水蒸气转化制氢也有良好的效果。
ICI公司开发和生产的ICI-3型催化剂是以一种碱性物质为载体的浸渍型催化剂,在水蒸气转化天然气的工业装置上,水碳比低至2仍能连续操作。
还有一些催化剂,当水碳比低至2或者2以下仍不产生积炭,例如由NiO、TiO、铝酸钙、铝酸钾和A1
203组成的催化剂,将V2O5添加于Ni/Al合金中制得的催化剂,以Mn为助剂与Ni和铼负载于A12O3载体上的催化剂等。
在催化剂中引入碱金属K和碱土金属,有利于消炭,但也同时降低了反应活性。
利用TPR(程序升温还原)、TGA(热重分析)、XDR(X射线衍射)等方法对水蒸气反应中的积炭现象所做的研究结果表明,在以Ni催化剂中加入CeO2有利于减少积炭,并能提高活性。
Fujimoto等研究了低水碳比条件下,甲烷水蒸气转化所需的
甲醇裂解法制氢气
甲醇裂解制氢技术早已成熟,由于水电解制氢设备费用昂贵,耗电量大,氨分解制氢仅对氢氮混合气的制取有明显的经济效果外,而甲醇裂解在某些用氢场合又显得有特殊的经济效果,甲醇是石油化工的一种产物,目前市声上供应比较充足,价格明显低于液氨,而且运输、储存比较方便和安全。
因此甲醇裂解制氢逐步大量推广,有广阔的前景。
甲醇裂解制氢通常将有如下方式:
1.无水甲醇CH3OH→CO+2H2可得66.7%H2和33.3%CO;
2.甲醇+水CH3OH+H2O→CO2+H2可得75%H2和25%CO2
上述裂解的混合气,可以用钯管或PSA分离得到含氢99.9%以上的纯氢。
一般小气量情况下应用钯管,大气量情况下应用PSA法提取纯氢,还可以从甲醇裂解中获取二氧化碳。
甲醇裂解制氢装置工艺流程:
甲醇和蒸馏水以一定的比例混合后,经过滤器和计量泵、流量计入汽化器,转为气相后,进入裂炉,内装催化剂,反应温度可控制在300℃左右,裂解气可经过吸收二氧化碳塔来回收二氧化碳,也可直接进入钯管膜或PSA分离装置来提取纯氢。
氢气纯度达99.999%.
甲醇裂解制氢含甲醇蒸汽转化和变压吸附制氢两部分
甲醇、脱盐水混合后经加热汽化、过热后进入转化炉,甲醇、水蒸气在催化剂的作用下,在转化炉中完成甲醇裂解、一氧化碳变换二氧化碳二步化学反应,反应产物经换热、冷却、冷凝和水洗分离,得到含氢73%、含二氧化碳25%的转化气,甲醇单程转化率90%以上,未反应部分循环使用,转化气进入变压吸附,过程为吸附、逐级降压解吸、逐级升压、吸附,循环进行。
吸附塔数越多,氢气回收率越高。
本系统还需要一个导热油加热系统,可根据厂家不同采用不同的加热办法。
本系统为自动控制系统,在操作室内就可操作。
系统所用原料、消耗及动力、消耗情况:
(以1000立方米氢气计)
甲醇(0.56t)、脱盐水(0.32t)、柴油(加热导热油)(0.125t)、循环水(40t)、仪表空气(100立方米)、电(90kwh)、蒸汽(0.02t)、专用催化剂(0.2kg)、开车用氮气、开车用氢气。
主要设备有:
汽化塔、过热器、转化炉、换热器、冷却器、水洗塔、循环液贮罐、甲醇中间罐、脱盐水中间罐、转化气缓冲罐、过滤器、吸附器、氢气缓冲罐、鼓风机、真空泵、进料泵、缓冲气囊、导热油加热炉。
一、氢气的物化性质
1.氢的存在
氢是自然界分布最广的一种元素。
它在地球上主要以化合态存在于化合物中,如:
水、石油、煤、天然气以及各种生物的组成中。
自然界中,水含有11%重量的氢,泥土中约含1.5%,100公里高空主要成分也是氢。
在地球表面大气中很低,约1PPM。
2.氢气的物化性质
1)物理参数:
分子量:
2.02;密度:
0.08988克/升(0℃,1大气压);熔点:
-259.19℃;沸点:
-252.71℃;比热容=14.30焦/度•克;溶解度(毫升/100毫升水)=2.15(0℃),1.95(10℃),1.85(20℃),1.75(25℃),1.70(30℃),1.64(40℃),1.61(50℃),1.60(60℃);溶于乙醇:
6.925毫升/100毫升。
在空气中的燃烧范围(体积%):
4.0-75.0着火能:
0.02mJ
在氧气中的燃烧范围(体积%):
4.65-94.0燃烧热:
68kcal/g.ml
在空气中的着火温度:
585℃火焰温度:
2045℃
在氧气中的着火温度:
560℃
2)物化性质
氢是无色、无味、无嗅和无毒的可燃性气体。
但它同氮气、氩气、二氧化碳等气体一样,都是窒息气,可使肺缺氧。
氢气是最轻的气体,它粘度最小,导热系数最高,化学活性、渗透性和扩散性强,因而在氢气的生产、贮送和使用过程中都易造成泄漏。
它还是一种强还原剂,可同许多物质进行不同程度的化学反应,生成各种类型的氢化物。
由于氢气具有很强的渗透性,所以在钢设备中具有一定温度和压力的氢渗透溶解于钢的晶格中,原子氢在缓慢的变形中引起脆化作用。
它还可与钢中的碳反应生成甲烷,降低了钢的机械性能,甚至引起材质的损坏。
通常在高温、高压和超低温度下,容易引起氢脆或氢腐蚀。
因此,使用氢气的管道和设备,其材质应按具体使用条件慎重进行选择。
氢的着火、燃烧、**性能是它的主要特性。
氢气的着火温度在可燃气体中虽不是最低的,但由于它的着火能仅为20微焦,所以很易着火,甚至化学纤维织物摩擦所产生的静电比氢的着火能大几倍。
因此,在氢的生产中应采取措施尽量防止和减少静电的积聚。
二、氢气的用途和生产方法
1.用途
氢气广泛应用于化学、冶金、电子、航天等领域。
在化学工业中,合成氨、甲醇、石油炼制和催化裂化中需要大量的氢作原料。
尼龙塑料、农药、油脂化学和精细化学品加工中都需要氢气生产相应产品。
在冶金工业中,有色金属如:
钨、钼、钛等生产和加工中,使用氢作还原剂和保护气。
在硅钢片、磁性材料和磁性合金生产中,也需要高纯氢气作保护气,以提高磁性和稳定性。
在精密合金退火。
粉末冶金生产中,薄板和带钢轧制中常用氢—氮做保护气。
在电子工业中,电子材料、半导体材料和器件、集成电路及电真空器件生产中,都需要高纯氢做还原气、携带气和保护气。
轻工业中,如:
石英玻璃、人造宝石的制造和加工、浮法玻璃生产中,都使用氢气做燃烧气或保护气。
在电力工业中,氢气作为汽轮发电机的冷却剂。
另外,液氢还是宇航和火箭的重要液体燃料。
2.生产方法
工业上制氢方法有很多种,如:
热化学循环法制氢、热分解直接制氢、光催化法制氢、矿物燃料转化制氢和电解水制氢。
还有铁、汽制氢法和氨分解制氢法等等,其中有些方法还在研究中。
目前,最成熟的工业大规模制氢方法是烃类或甲醇裂解制氢和电解水制氢。
电解水制氢原理简单:
由浸没在电解液(一般用KOH)中的一对电极,中间隔以防止气体渗漏的隔膜而构成电解池,通以一定电压的直流电流,在阴极上析出氢气,在阳极上析出氧气。
通过管道分别收集在氢气贮柜和氧气贮柜中。
由于电解要克服水的分解电压、氢氧的超电位电压、电阻电压降(导线、电解液发热)等,使电流效率下降。
所以,每制取1m3氢气,实际消耗电能5-7Kwh。
由于隔膜穿漏和溶解于电解液中的氢、氧在电解液循环时夹带等原因,使氢气的纯度在99.5-99.8%之内,无论成本和质量都大大低于甲醇裂解-变压吸附制氢工艺。
下面重点介绍甲醇裂解-变压吸附制氢技术。
三、甲醇裂解-变压吸附制
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