工业制备氢气的方法和生产工艺的研究

工业制备氢气的方法和生产工艺的讨论摘要：工业上制备氢气的方法主要有水电解法、天然气蒸汽转化制备氢气法、甲醇裂解备制氢气法。三种方法的生产工艺、成本、得到的氢气纯度不尽相同，各有千秋。三种方法中采纳甲醇裂解的方法制备氢气，经济、安全、环保、易行，是目前国际上最新的工业制备氢气的方法。关键词：氢气；工艺；二氧化碳；水1、工业上制备氢气的方法1.1 电解水制备氢气水分解制备氢气是目前较广、生产工艺比较成熟的方法之一。以水为原料制备氢气的过程其实就是水和氧气燃烧反应的逆过程，因此只要提供能量，就可以使水分解。电解水制氢气是在充满电解质的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。其反应方程式为：2H2O=O2+2H21.2 天然气蒸汽转化制备氢气以天然气为原料，用水蒸气转化制取含有氢的混合气体。此工艺包含两个步骤：天然气脱硫和烃类的蒸汽转化。脱硫是在一定的温度和压力下，将天然气通过氧化锰和氧化锌脱硫剂，将其中的有机硫和无机硫脱至转化催化剂所允许的范围。烃类的蒸汽转化是以水蒸气为氧化剂，在镍催化剂的作用下发生如下主要反应，生成含有氢气的混合气体：CH4+H2O=CO+3H2-210kJ·mol-1CO+H2O=CO2+H2+4315kJ·mol-1以上反应温度在 800℃以上，两个反应的总反应为强吸热过程，热量通过燃烧天然气提供。降低压力有利于提高甲烷的转化率，但为了满足变压吸附提纯的需要和纯氢产品的压力要求，以及考虑设备的经济性，通常控制反应压力在 115MPa 以上。通过变压吸附装置可获得 99.9%～99.999%的纯氢，H2 的收率可达 70%以上。1.3 甲醇裂解制备氢气甲醇裂解制氢工艺是甲醇分解和一氧化碳变换功能的双功能催化剂，属Cu-Zn 系催化剂。在一定的温度下，发生反应，其反应方程式为：CH3OH+H2O=CO2+3H2原料汽化和反应所需热量由循环导热油提供。甲醇和水催化转化制取氢气和二氧化碳，很容易用吸附或化学方法分离制得纯氢和二氧化碳，与电解法相比可节电 90%以上，成本下降 20%～40%。2、三种制备氢气工艺的比较2.1 水电解制氢工艺我国水电解制氢工艺技术始于 20 世纪 50 年代，后经逐步改进，现今的水电解工艺和设备已很成熟，一些技术指标已达到或接近国际先进水平。水电解制氢工艺流程简单、运行稳定、操作简便，现有的水电解制氢装置已经实现无人值守的全自动操作。2.2 天然气蒸汽转化制氢工艺我国天然气蒸汽转化制氢工艺技术始于 20 世纪 70 年代。现在，在转化催...