兩百年前,人們開始關(guān)注氫能的使用。自20世紀(jì)70年代以來,氫能研究已在許多國(guó)家和地區(qū)廣泛開展。20世紀(jì)60年代初,中國(guó)在使用液氫和燃料電池作為火箭燃料方面做了大量工作。20世紀(jì)70年代,氫能的使用有所增加。
氫氣作為一種重要的工業(yè)氣體,根據(jù)原料、能源、設(shè)備和成本以及氫氣純度和消耗量的要求,可以采用以下方式進(jìn)行處理:
水-氣轉(zhuǎn)換工藝。水蒸氣通過熱焦炭層產(chǎn)生水蒸氣,然后水蒸氣與水蒸氣混合。以氧化鐵為催化劑,CO轉(zhuǎn)化為水煤氣,轉(zhuǎn)化為CO2。二氧化碳溶解在水中,通過壓力水洗獲得純凈氫。這種方法制氫能力大,成本相對(duì)較低,設(shè)備多,因此在合成氨廠中經(jīng)常使用。
氫是通過電解產(chǎn)生的。直流電通過鉑電極(或其他惰性材料)進(jìn)入水中,在陰極處可獲得純度為99.5~99.8%的氫。如果氯醛鉀工業(yè)中的飽和鹽水電解產(chǎn)生氯和燒堿,氫也可以作為副產(chǎn)品獲得。這種方法成本高,但產(chǎn)品純度高。例如,北京電子管廠(BOE的前身)使用水電解法生產(chǎn)氫氣,氫氣在行業(yè)中廣泛用作電子和儀器行業(yè)生產(chǎn)中的還原劑和保護(hù)氣體。
轉(zhuǎn)化碳?xì)浠衔镎羝墓に?。在高溫和催化劑的作用下,碳?xì)浠衔锟梢耘c水蒸氣反應(yīng),得到主要含有氫和一氧化碳的混合氣體。例如,通過分子篩吸附或水-氣轉(zhuǎn)化去除CO,可以獲得純氫。天然氣、油田氣和煉廠氣(煉油廠的副產(chǎn)氣)可通過碳?xì)浠衔锪呀夂吞細(xì)浠衔镎羝D(zhuǎn)化來生產(chǎn)氫氣。
碳?xì)浠衔锪呀夤に?。碳?xì)浠衔镌诟邷叵聼峤夂螅呀鈿怏w中含有大量氫,然后通過低溫冷卻系統(tǒng)可以獲得90%的氫。例如,石油熱裂解產(chǎn)生的氫具有很好的性能,通常用于汽油水合。這種制氫方法在世界上許多國(guó)家都使用。
在工業(yè)生產(chǎn)中,氫通常作為副產(chǎn)品存在,經(jīng)過凈化后也可以用作工業(yè)生產(chǎn)的來源之一。例如,焦?fàn)t煤氣制氫。焦?fàn)t氣是焦?fàn)t燃燒氫含量高達(dá)55'60%的煤時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。充分利用焦化廠的副產(chǎn)品焦?fàn)t氣生產(chǎn)氫氣,可以有效降低氫氣生產(chǎn)成本,延伸焦炭產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈,也符合綠色低碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求。此外,鹽水電解氯堿工業(yè)也會(huì)產(chǎn)生大量相對(duì)純凈的氫;在釀造工業(yè)中,玉米用于發(fā)酵丙酮和丁醇時(shí),發(fā)酵罐排氣中的1/3以上的氫可以多次凈化,產(chǎn)生普通氫(97%以上)。