工业上如何大量制取氢气，

【专家解说】：氢气的工业制法之一 氢气是一种重要的工业气体。工业上制取氢气，依据原料、设备和成本情况，以及对氢气纯度的要求，可分别采取以下多种方法制取。①电解法将直流电通过铂电极(或其它惰性材料)通入水中，在阴极可以得到氢气，纯度高达99.5~99.8%: 氯碱工业电解饱和食盐水制氯气和烧碱时，也同时得到副产品氢气: ②水煤气转化法 将水蒸气通过炽热的焦炭层制得水煤气: 然后将水煤气跟水蒸气混合，以氧化铁为催化剂，使水煤气中的CO转化为CO2: 二氧气化碳溶于水，通过加压水洗即得到较纯净的氢气。 ③烃类裂解法 碳氢化合物经过高温裂解，裂解气中含有大量氢气，经过低温冷冻系统，可得到90%的氢气。如甲烷裂解: ④烃类蒸气转化法 碳氢化合物在高温和催化剂的作用下与水蒸气作用，可以得到主要含氢气和一氧化碳的一种混合气体，例如: 用分子筛吸附法或水煤气转化法除去CO，可得到纯净的氢气。天然气、油田气和炼厂气(石油炼制厂的副产气体)等都可用烃类裂解法和烃类蒸气转化法得到氢气。 氢气的工业制法之二 工业上制取氢气有下列几种方法: (1)电解水法 在电解槽中，电解25%NaOH溶液，温度控制在80~85℃，在阴极上析出氢气，在阳极上析出氧气。 在阴极上 4H++4e===2H2 在阳极上 4OH-====2H2O+O2+4e 因为H+和OH-来自H2O的电离，所以电解H2O的反应是: 用这种方法制得的氢气，含杂质很少，其纯度为99.7%~99.8%。 (2)电解食盐水法 在氯碱工业中，电解食盐的饱和溶液，温度控制在70~80℃，除得到氯气和氢氧化钠外，同时可制得氢气。主要反应如下: 在阳极上 2Cl-====Cl2+2e 在阴极上 2H++2e====H2 在阴极附近积集了OH-离子和Na+离子。 (3)水煤气转化法先将水蒸气通过灼热的无烟煤或焦炭，制得水煤气: 再将水煤气与过量水蒸气混合，在450~550℃和催化剂的作用下，使水煤气中的一氧化碳转化为二氧化碳，并增加了混合气体中氢气的含量。 最后将二氧化碳和氢气的混合气体加压(12~30大气压)，经过水洗或用氨水吸收以除去二氧化碳，而分离出氢气。 (4)从天然气、炼厂气(石油炼制厂的副产气体)、油田气等气体燃料中获得氢气。 在这些燃料气体中都含有大量的碳氢化合物。在一定条件下，可以和水蒸气或氧气反应，生成一氧化碳和氢气。例如，以甲烷为主要成分的天然气(甲烷含量在95%以上)和水蒸气在800~1000℃时以镍为催化剂，即可转化为一氧化碳和氢气。 又如，在炼厂气中含有氢气和甲烷9~40%，其它碳氢化合物91~60%，在高温下，借催化剂的作用，将氧气和过量的炼厂气进行部分氧化反应，可制得一氧化碳和氢气。 从上述一氧化碳和氢气的混合气体分离出氢气的方法，与水煤气转化法相同。 氢气的工业制法之三 工业上制氢气要考虑到原料、能量来源、成本和设备情况，也要根据所需氢气的纯度和用量来制造氢气，现把主要方法简介于下: 一、电解水制氢 多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽(外形似压滤机)来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气，阴极出氢气。该方法成本较高，但产品纯度大，可直接生产99.7%以上纯度的氢气。这种纯度的氢气常供:①电子、仪器、仪表工业中用的还原剂、保护气和对坡莫合金的热处理等，②粉末冶金工业中制钨、钼、硬质合金等用的还原剂，③制取多晶硅、锗等半导体原材料，④油脂氢化，⑤双氢内冷发电机中的冷却气等。像北京电子管厂和科学院气体厂就用水电解法制氢。 二、水煤气法制氢 用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气(C+H2O→CO+H2─热)。净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO2(CO+H2O→CO2+H2)可得含氢量在80%以上的气体，再压入水中以溶去CO2，再通过含氨蚁酸亚铜(或含氨乙酸亚铜)溶液中除去残存的CO而得较纯氢气，这种方法制氢成本较低产量很大，设备较多，在合成氨厂多用此法。有的还把CO与H2合成甲醇，还有少数地方用80%氢的不太纯的气体供人造液体燃料用。像北京化工实验厂和许多地方的小氮肥厂多用此法。 三、由石油热裂的合成气和天然气制氢 石油热裂副产的氢气产量很大，常用于汽油加氢，石油化工和化肥厂所需的氢气，这种制氢方法在世界上很多国家都采用，在我国的石油化工基地如在庆化肥厂，渤海油田的石油化工基地等都用这方法制氢气 也在有些地方采用(如美国的Bay、way和Batan Rougo加氢工厂等)。 四、焦炉煤气冷冻制氢 把经初步提净的焦炉气冷冻加压，使其他气体液化而剩下氢气。此法在少数地方采用(如前苏联的Ke Mepobo工厂)。 五、电解食盐水的副产氢 在氯碱工业中副产多量较纯氢气，除供合成盐酸外还有剩余，也可经提纯生产普氢或纯氢。像化工二厂用的氢气就是电解盐水的副产。 六、酿造工业副产 用玉米发酵丙酮、丁醇时，发酵罐的废气中有1/3以上的氢气，经多次提纯后可生产普氢(97%以上)，把普氢通过用液氮冷却到─100℃以下的硅胶列管中则进一步除去杂质(如少量N2)可制取纯氢(99.99%以上)，像北京酿酒厂就生产这种副产氢，用来烧制石英制品和供外单位用。 七、铁与水蒸气反应制氢 但品质较差，此系较陈旧的方法现已基本淘汰。 [附]纯氢供应到用户后还有的要再提纯(如处理坡莫合金)，其法系通过分子筛，105催化剂，再通过分子筛，最后用钯银合金薄管过滤可得99.99999%纯度的氢气。