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  • 1 # CampNou之魂

    工業上製取氫氣的方法有很多,比如電解法、烴類或者石油的裂解、有些工廠還用鐵和水蒸氣反應。但是,我為您介紹的這個制氫方法很重要,大多數工廠都會用到的,也是很經典的方法。就是透過合成氣來得到氫氣,我們先來看一下。

    在工業上我們通常製取甲醇時化學方程式是CO+2H2=CH3OH,甲醇又可以製取很多原料比如甲醛、甲基叔丁基醚、甲酸甲酯等產品。

    合成天然氣、汽油或者柴油,在鎳做催化劑條件下,發生反應nCO+(2n+1)H2=CnH2n+2+nH2O,然後將生成的烴類產品加工成汽油、柴油等。

    最著名的就是合成氨,合成氨的核心反應是氮氣和氫氣反應等到氨氣,氫氣是透過水煤氣得到,水煤氣生產過程我們知道用水蒸氣透過碳,然後高溫反應,這個反應我們知道是吸熱反應,空氣中的碳或者產生的一氧化碳和氧氣反應放出熱量,同時消耗空氣中的氧氣得到氮氣。

    綜上來看,文中都提到了兩種氣體,一種是氫氣,一種一氧化碳,本文就是一種制氫的典型方法,它通常和一氧化碳一起合成很多種工業產物。

    我們把氫氣和一氧化碳的混合物稱為合成氣,透過調節氫氣和一氧化碳的摩爾比(通常在1/2到3之間),合成氣是重要原料之一,也是氫氣的來源之一,我們目前製備合成氣常用的有三種方法,一種是以煤為原料;一種是以天然氣為原料,還有一種是以重油或渣油為原料。我們主要看前兩種。

    以煤為原料的生產方法

    這種方法有間歇和連續操作兩種,連續生產效率高,它是在高溫下用水蒸氣和煤反應,生成一氧化碳和氫氣等氣體,各個反應如下圖

    我們可以看到有很多副反應,這些反應中,煤和水蒸氣反應是最重要的,該反應是個強吸熱反應,碳燃燒反應的熱量提供了主反應吸收的熱量,這個主反應的溫度通常在1100℃以上。我們透過化學平衡的知識可知降低壓力有利於正反應進行,但是過度降低壓力,反而降低化學反應速率,所以目前壓強採用2.5~3.2MPa。

    以天然氣為原料的製取方法

    天然氣的主要成分是甲烷,其餘為少量的氣態烷烴、氮和硫化物。該方法主要的化學反應如下圖

    上面這三個反應為主要反應,其中還有副反應,如下圖

    這六個反應中,第一個反應又是核心,這種方法叫做蒸氣轉化法,還有另外一種方法叫做部分氧化法,在這裡暫且不提。

    水蒸氣轉化法是吸熱反應,對於熱力學來說提高溫度有利於平衡向正反應方向移動,在動力學上也有利於提高反應速率,但溫度不能過高,對照副反應圖來看,溫度過高超過700℃時,使甲烷的裂解速度快,會析出大量的碳,沉積在催化劑和器壁上。透過核心反應可看出,降低壓力有利於平衡向正反應方向移動,低壓也有利於抑制兩個副反應,但是低壓對甲烷裂解的副反應有利。綜上來看,這個方法應該高溫和低壓的條件下進行。甲烷水蒸氣轉化法的催化劑通常是一些貴金屬。

    簡單介紹一下合成氣制氫的方法,要想知道詳細方法,可以多看看化工方面的書籍,希望對您有幫助

  • 2 # 通哥實驗室

    電解制氫是能耗最高成本最高的工業制氫方法,一般不這麼做常見用煤炭 甲烷 油等高溫裂解制氫。大概分子式如下。

    C+H2O→H2+CO

    CH4+H2O→CO2+H2

    CO+H2O→CO2+H2

    CnH2n+nH2O→nCO+(2n+1)H2

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