工业上制取氢气的方法主要有以下几种:
电解水法
原理:通过电解水分子(H₂O)产生氢气和氧气(O₂)。
反应方程式:2H₂O = 2H₂ + O₂。
能耗:这种方法虽然能得到纯氢,但耗电量很高,每生产1立方米氢气需要消耗21.6至25.2兆焦耳的电能。
烃类裂解法
原理:利用高温和催化剂将天然气或其他烃类化合物裂解,生成含氢的合成气。
应用:这种方法得到的裂解气中含有大量氢气,其含量视原料性质及裂解条件的不同而异。通过深冷分离可以得到纯度较高的氢气。
水煤气法
原理:通过高温条件下碳与水蒸气反应生成水煤气(CO + H₂),然后进一步净化得到较纯的氢气。
反应方程式:C + H₂O = CO₂ + H₂。
应用:这种方法制氢成本较低,产量大,设备较多,常用于合成氨厂等场合。
电解饱和食盐水法
原理:通过电解饱和食盐水(NaCl)产生氢气和氯气(Cl₂)。
反应方程式:2NaCl + 2H₂O = 2NaOH + H₂ + Cl₂。
应用:这种方法在氯碱工业中广泛应用,同时副产氢气。
生物制氢法
原理:利用微生物将有机物质(如甲醇、乙醇等)转化为氢气。
应用:这种方法具有环保和可持续的优点,但目前还在研究和开发阶段,尚未大规模应用。
太阳能和风能电解水法
原理:利用太阳能或风能等可再生能源产生的电力进行水的电解。
应用:这种方法绿色环保,但受天气和季节影响较大,目前应用较少。
工业副产物制氢
原理:利用工业副产物(如焦炉气、酿造工业副产物等)进行提纯制氢。
应用:这种方法可以充分利用废弃物,提高资源利用率,具有较好的经济性。
建议
工业上制取氢气的方法多种多样,选择哪种方法取决于具体的应用需求、成本考虑和环境因素。目前,电解水法和烃类裂解法是应用较为广泛的工业制氢方法。随着技术的进步和环保要求的提高,生物制氢法和可再生能源电解水法有望在未来得到更广泛的应用。