氫氣工業制法的化學方程式

氫氣是壹種重要的工業氣體。工業上制取氫氣，依據原料、設備和成本情況，以及對氫氣純度的要求，可分別采取以下多種方法制取。①電解法將直流電通過鉑電極（或其它惰性材料）通入水中，在陰極可以得到氫氣，純度高達99.5~99.8%： 氯堿工業電解飽和食鹽水制氯氣和燒堿時，也同時得到副產品氫氣： ②水煤氣轉化法　 將水蒸氣通過熾熱的焦炭層制得水煤氣： 然後將水煤氣跟水蒸氣混合，以氧化鐵為催化劑，使水煤氣中的CO轉化為CO2： 二氧氣化碳溶於水，通過加壓水洗即得到較純凈的氫氣。③烴類裂解法　 碳氫化合物經過高溫裂解，裂解氣中含有大量氫氣，經過低溫冷凍系統，可得到90%的氫氣。如甲烷裂解： ④烴類蒸氣轉化法　 碳氫化合物在高溫和催化劑的作用下與水蒸氣作用，可以得到主要含氫氣和壹氧化碳的壹種混合氣體，例如： 用分子篩吸附法或水煤氣轉化法除去CO，可得到純凈的氫氣。天然氣、油田氣和煉廠氣（石油煉制廠的副產氣體）等都可用烴類裂解法和烴類蒸氣轉化法得到氫氣。氫氣的工業制法之二工業上制取氫氣有下列幾種方法：（1）電解水法　 在電解槽中，電解25%NaOH溶液，溫度控制在80~85℃，在陰極上析出氫氣，在陽極上析出氧氣。在陰極上　 4H++4e===2H2在陽極上　 4OH-====2H2O+O2+4e因為H+和OH-來自H2O的電離，所以電解H2O的反應是： 用這種方法制得的氫氣，含雜質很少，其純度為99.7%~99.8%。（2）電解食鹽水法　 在氯堿工業中，電解食鹽的飽和溶液，溫度控制在70~80℃，除得到氯氣和氫氧化鈉外，同時可制得氫氣。主要反應如下：在陽極上　 2Cl-====Cl2+2e在陰極上　 2H++2e====H2在陰極附近積集了OH-離子和Na+離子。 （3）水煤氣轉化法先將水蒸氣通過灼熱的無煙煤或焦炭，制得水煤氣： 再將水煤氣與過量水蒸氣混合，在450~550℃和催化劑的作用下，使水煤氣中的壹氧化碳轉化為二氧化碳，並增加了混合氣體中氫氣的含量。 最後將二氧化碳和氫氣的混合氣體加壓（12~30大氣壓），經過水洗或用氨水吸收以除去二氧化碳，而分離出氫氣。（4）從天然氣、煉廠氣（石油煉制廠的副產氣體）、油田氣等氣體燃料中獲得氫氣。在這些燃料氣體中都含有大量的碳氫化合物。在壹定條件下，可以和水蒸氣或氧氣反應，生成壹氧化碳和氫氣。例如，以甲烷為主要成分的天然氣（甲烷含量在95%以上）和水蒸氣在800~1000℃時以鎳為催化劑，即可轉化為壹氧化碳和氫氣。又如，在煉廠氣中含有氫氣和甲烷9~40%，其它碳氫化合物91~60%，在高溫下，借催化劑的作用，將氧氣和過量的煉廠氣進行部分氧化反應，可制得壹氧化碳和氫氣。 從上述壹氧化碳和氫氣的混合氣體分離出氫氣的方法，與水煤氣轉化法相同。氫氣的工業制法之三工業上制氫氣要考慮到原料、能量來源、成本和設備情況，也要根據所需氫氣的純度和用量來制造氫氣，現把主要方法簡介於下：壹、電解水制氫多采用鐵為陰極面，鎳為陽極面的串聯電解槽（外形似壓濾機）來電解苛性鉀或苛性鈉的水溶液。陽極出氧氣，陰極出氫氣。該方法成本較高，但產品純度大，可直接生產99.7%以上純度的氫氣。這種純度的氫氣常供：①電子、儀器、儀表工業中用的還原劑、保護氣和對坡莫合金的熱處理等，②粉末冶金工業中制鎢、鉬、硬質合金等用的還原劑，③制取多晶矽、鍺等半導體原材料，④油脂氫化，⑤雙氫內冷發電機中的冷卻氣等。像北京電子管廠和科學院氣體廠就用水電解法制氫。二、水煤氣法制氫用無煙煤或焦炭為原料與水蒸氣在高溫時反應而得水煤氣（C+H2O→CO+H2─熱）。凈化後再使它與水蒸氣壹起通過觸媒令其中的CO轉化成CO2（CO+H2O→CO2+H2）可得含氫量在80%以上的氣體，再壓入水中以溶去CO2，再通過含氨蟻酸亞銅（或含氨乙酸亞銅）溶液中除去殘存的CO而得較純氫氣，這種方法制氫成本較低產量很大，設備較多，在合成氨廠多用此法。有的還把CO與H2合成甲醇，還有少數地方用80%氫的不太純的氣體供人造液體燃料用。像北京化工實驗廠和許多地方的小氮肥廠多用此法。三、由石油熱裂的合成氣和天然氣制氫石油熱裂副產的氫氣產量很大，常用於汽油加氫，石油化工和化肥廠所需的氫氣，這種制氫方法在世界上很多國家都采用，在我國的石油化工基地如在慶化肥廠，渤海油田的石油化工基地等都用這方法制氫氣 也在有些地方采用（如美國的Bay、way和Batan Rougo加氫工廠等）。四、焦爐煤氣冷凍制氫把經初步提凈的焦爐氣冷凍加壓，使其他氣體液化而剩下氫氣。此法在少數地方采用（如前蘇聯的Ke Mepobo工廠）。五、電解食鹽水的副產氫在氯堿工業中副產多量較純氫氣，除供合成鹽酸外還有剩余，也可經提純生產普氫或純氫。