工業(yè)中的氫氣有哪些制取方式？

時間：2023-04-20

一、以煤為原料制氫
1、煤的焦化(或稱高溫干餾)，煤在隔絕空氣條件下，在 900～1000℃制取焦碳，副產(chǎn)品為焦爐煤氣。焦爐煤氣組份中含氫氣 55～60%(體積)、甲烷23～27%一氧化碳5～8%等。每噸煤可得煤氣 300～350m3，作為城市煤氣，亦是制取氫氣的原料。
2、煤的氣化，使煤在高溫常壓或加壓下，與水蒸汽或氧氣(空氣)等反應轉化成氣體產(chǎn)物。氣體產(chǎn)物中氫氣的含量隨不同氣化方法而異。煤氣化制氫是一種具有我國特點的制氫方法。通常做法是將煤從地下挖出，破碎、分類后放到專門的設備中進行上述反應。
3、也可以在地下進行煤制氫，一般在煤礦的地表建成兩個井，一個進氣，一個出含氫的混合氣。在地面上凈化，得到可用的氫。地下氣化技術具有煤資源利用率高及減少或避免地表環(huán)境破壞等優(yōu)點。
二、天然氣制氫
天然氣制氫的本質是以甲烷中的碳取代水中的氫，碳起到化學試劑作用并為置換反應提供熱。氫大部分來自于水，小部分來自天然氣本身。天然氣的主要成分是甲烷( CH4)，本身就含有氫。和煤制氫相比，用天然氣制氫產(chǎn)量高、加工成本較低，排放的溫室氣體少，其中天然氣蒸汽轉化是較普遍的制造氫氣方法。工業(yè)上甲烷蒸汽轉化過程采用鎳做催化劑，操作溫度750～920℃，操作壓力 2.17～2.86MPa。較高的壓力可以改善過程效率。反應是吸熱的，熱量通過燃燒室燃燒甲烷供給。甲烷蒸汽轉化制得的合成氣，經(jīng)過高低溫變換反應將一氧化碳轉化為二氧化碳和額外的氫氣。為了防止甲烷蒸汽轉化過程析碳，反應進料中需采用過量的水蒸氣。*終氫氣的收率與采用的技術路線有關。
三、重油部分氧化制造氫氣

重油是煉油過程中的殘余物，可用來制造氫氣。重油部分氧化過程中碳氫化合物與氧氣、水蒸氣反應生成氫氣和二氧化碳。該過程在一定的壓力下進行，可以采用催化劑，也可以不采用催化劑，這取決于所選原料與過程。催化部分氧化通常是以甲烷或石腦油為主的低碳烴為原料，而非催化部分氧化則以重油為原料，反應溫度在 1150～1315℃。重油部分氧化制得的氫主要來自水蒸氣。

四、水電解制造氫氣
水電解制氫的本質是以電能打開水中的氫和氧的結合鍵，*終生成氫氣和氧氣。這里的氫全部來自于水。水電解制造氫氣是成熟的制造氫氣的方法，已有80余年生產(chǎn)歷史。水電解制得的氫氣純度高，操作簡便，但需耗電。水電解制氫的效率一般在 75～ 85%，一般生產(chǎn)1m3氫氣和0.5m3氧氣的電耗為4～5kWh。根據(jù)熱力學原理，電解水制得1m3氫氣和0.5m3氧氣的*低電耗要2.95度電。所以有的發(fā)明家得到**此值的結果就不可信了。當然，如果是電解水溶液，得到氫和另一種非氧的產(chǎn)物，其電耗另當別論。
五、分離回收副產(chǎn)氫氣
電解食鹽水制**、煤煉焦炭、合成氨制化肥以及鋼鐵等多種行業(yè)均產(chǎn)生大量的氫氣副產(chǎn)品。如能采取適當?shù)拇胧⑦@些氫氣分離回收，每年可得到上百億立方米的氫氣，替代數(shù)千萬噸汽油。

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