氫氣的應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容

223223精品文檔氫氣的應(yīng)用前言中國的產(chǎn)氫量偏少氫氣價格偏貴甲醇水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)在我國的工業(yè)化應(yīng)用始于1995年，推廣十分迅速。該工藝流程簡單，操作條件較溫和，運行也較為可靠未反應(yīng)的甲醇和水可循環(huán)使用考慮定期少量的排放和漏損原料的利用率在以上藍博凈化科技有限公司提供的甲醇裂解制氫裝置主體設(shè)備均為簡單常見的化工設(shè)備無需使用特殊材質(zhì)操作維護較為簡便與同類裝置相比博的甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化工藝在催化劑性能的改善藝流程備布置、設(shè)備形式和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，自動化水平的提高，裝置運行穩(wěn)定性、可靠性、安全性的加強等方面做了很大的改善。氫氣的應(yīng)用領(lǐng)域很廣其中用量最大的是作為一種重要的石油化工原料用于生產(chǎn)合成氨、甲醇以及石油煉制過程的加氫反應(yīng)。此外，在電子工業(yè)、冶金工業(yè)、食品加工、浮法玻璃、精細化工合成、航空航天工業(yè)等領(lǐng)域也有應(yīng)用。我國氫氣主要是作為化工合成的中間產(chǎn)品和原料。一、氫氣在合成氨工業(yè)的應(yīng)用N(g)3H(g)→2NH(g)我國工業(yè)制氫50用在了合成氨工業(yè)，理論上生產(chǎn)

1t合成氨需要1976Nm的氫氣源主要是無煙煤或焦炭與水蒸汽在高溫時反應(yīng)所得水煤氣經(jīng)凈化、提純所得的氫氣?；驈奶烊粴?、石油煉制廠的副產(chǎn)氣體、油田氣中轉(zhuǎn)化、分析制備氫氣。二、石油催化加氫石油催化加氫是指石油餾包括渣油氣存在下催化加工過程的通稱。石油加氫技術(shù)是石油產(chǎn)品精制改質(zhì)和重油加工的重要手段可以反映煉油水平高低。加氫過程按照生產(chǎn)目的的不同可分為：（1）加氫精制石油的加氫精制，目的是除去油品中的硫、氮、氧等雜原子及金屬雜質(zhì)，并對部分芳烴或烯烴加氫飽和，改善油品的使用性能。加氫精制可用于汽油、煤油、柴油、潤滑油、石蠟油、各種中間餾分油、重精品文檔硫醇脫硫：硫醇脫硫：精品文檔油及渣油的精制此外氫氣還可以用于噴氣燃料中芳烴的部分加氫飽和燃料油的加氫脫硫，渣油脫重金屬及脫瀝青預(yù)處理等。各種油品加氫精制工藝流程基本相同（見圖原料油與氫氣混合后，送入加熱塔加熱到規(guī)定溫度，再進入裝有催化劑的反應(yīng)器一般為固定床反應(yīng)器）中。反應(yīng)完成后氫氣在分離器中分出并經(jīng)壓縮機循環(huán)使用產(chǎn)品則在穩(wěn)定塔中分出硫化氫、氨、水以及在反應(yīng)過程中少量分解而產(chǎn)生的氣態(tài)氫。RSHHRH硫醚脫硫：

S二硫化物脫硫：RSSRHRHH22RSRS噻吩脫硫：精品文檔++++++++精品文檔S

+

3H2

S

H2

H2CHSHCHSH44H2CH4102）脫氮胺脫氮：

R23H23

CNH5112

CNH5123吡咯脫氮：

N

NH吡啶脫氮：

NH

NH

CHNH492

CHNH4103N

H2

CH2

+

3吲哚脫氮：喹啉脫氮：H2NH

H23NH2

H2

C37NH3H2

H2

C37

+

NH3NNH3）脫氧環(huán)烷酸脫氧：精品文檔精品文檔酚類脫氧：呋喃脫氧：

H2

C4104）烯烴和烴的加氫飽和在加氫條件下大部分烯烴與氫氣反應(yīng)生成烷烴多環(huán)芳香烴可以部分加氫飽和。5)加氫脫金屬原料油中的金屬鎳和釩主要以卟啉類化合物和非卟啉類化合物的形式存在，這兩種化合物的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜在這種大分子結(jié)構(gòu)中不僅含有金屬同時還含有硫和氮等雜質(zhì)加氫脫金屬反應(yīng)要經(jīng)過以下歷程渣油分子從液相擴散到催化劑表面從催化劑表面擴散到催化劑孔道內(nèi)吸附到活性中心進行反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物從活性中心脫附從催化劑孔道內(nèi)擴散到催化劑表面從催化劑表面擴散到液相，從而達到脫金屬的目的。1）烷烴的化：烷烴加氫裂化反應(yīng)的通式可表示為：CH

n

Hm

m

H

2(n)2）烷烴的構(gòu)化：烷烴的加氫異構(gòu)化就是原料分子結(jié)構(gòu)的裂解重整和產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)的重整。3）烯烴加烯烴加氫主要是生成飽和烷烴和進行重整異構(gòu)化分子烯烴可以再裂解生成小分子烯烴然后再加氫飽和。4）芳香烴氫精品文檔332332精品文檔多環(huán)芳烴分步進行反應(yīng)先加氫成環(huán)烷芳烴在開環(huán)成為單烷基芳烴再按單芳烴加氫裂化過程進行反應(yīng)例如苯加氫生成六元環(huán)烷烴再異構(gòu)化重整為無元環(huán)烷烴，五元環(huán)烷烴載開環(huán)，或側(cè)鏈斷裂生成其他烴類，反應(yīng)式如下。CH3CH-CH-CH3223+

3H2

CH3

+

CH4CH3CH-CH-CH-CH-CH3223渣油加氫處理技術(shù)指較重的原料油在較苛刻條件下生一定轉(zhuǎn)化反應(yīng)的加氫工藝過程。中國石油化工股份有限公司，所屬撫順石油化工研究院，從年代中期開始進行此項技術(shù)的探索經(jīng)過十幾年努力終于開發(fā)出我國自己的新型渣油加氫處理技術(shù)技術(shù)包括渣油加氫脫硫重餾分油加氫脫硫催化裂化原料和循環(huán)油加氫預(yù)處理以及中間餾分油加氫處理等的是為了除去原料中的毒性組分（硫、氮、重金屬等且將碳氫比較高的的渣油轉(zhuǎn)化為較為純凈的碳氫比較低的輕組分和柴油等。使?jié)櫥偷慕M分發(fā)生加氫精制和加氫裂化等反應(yīng)一些非理想組分結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以脫除雜原子和改善潤滑油的使用性能。三、氫氣在電子工業(yè)的應(yīng)用在晶體的生長與襯底的制備、氧化工藝、外延工藝中以及化學(xué)氣相淀積（CVD）技術(shù)中，均要用到氫氣。半導(dǎo)體工業(yè)對氣體純度要求極高。純氫和高純氫是電子工業(yè)用氫的普遍標準藍博進化科技有限公司開發(fā)甲醇裂解制氫經(jīng)PSA提純，所產(chǎn)氫氣完全可以達到標準。（1）晶硅的制備需要用到氫，當(dāng)硅用氯化氫生成三氯氫SiHCl后，經(jīng)過分餾工藝分離出來，在高溫下用氫還原，達到半導(dǎo)體需求的純度，反應(yīng)過程為：SiHCl+→3HCl精品文檔2423224232精品文檔當(dāng)用于氫氧合成氧化常壓下將高純氫與高純氧通人石英管內(nèi)使之在一定的溫度下燃燒，生成純度很高的水，水汽與硅反應(yīng)生成高質(zhì)量的膜。在外延工藝中于硅氣相外延四氯化硅或三氯氫硅在加熱的硅襯底表面與氫發(fā)生反應(yīng)，還原出硅沉積到硅襯底上，生成外延層的過程為：SiCl+2H→Si+4HClSiHCl+→Si+3HCl上述過程對氫的純度要求很高氣中含有的微量一氧化碳和二氧化碳雜質(zhì)會使襯底氧化生成多晶硅如果含有甲烷則會生成碳化硅進人外延層起缺陷。過去硅外延時，要求含氧量小于1，露點低-℃，現(xiàn)在要求更苛刻，在砷化鎵液相外延時，當(dāng)氫氣中含氧量降到10-6，露點低于-℃時，器件壽命可達104時以上。電真空材料和器件如鎢和鉬的生產(chǎn)過程中，用氫氣還原氧化物粉末，再加工制成線材和帶材若其中所用的氫氣的純度越高水含量越低還原溫度越低，所得鎢、鉬粉末就越細。對氫閘管、離子管、激光管等各種充氣電子管的填充氣體純度要求更高，顯像管制造中所使用的氫氣純度大于。在制造非晶硅疊層薄膜、石英玻璃纖維中，也需要用到純度很高的氫氣。四、醫(yī)藥合成中的催氫化催化氫化包括氫化和氫解?，F(xiàn)代藥品的生產(chǎn)合成中大多需要進行催化加氫。例如：用于麻醉的藥“普魯卡因是由對硝基甲苯做為起始原料合成的其中重要的一步就是硝基氫化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)為胺基。（1）解熱鎮(zhèn)痛藥氨基比林的合成從4-氨基安替比林（1,5二甲基-2-苯基氨基3-吡唑啉酮）制備氨基比林，過去用甲酸與甲醛進行烴化現(xiàn)在鎳的催化下進行氫化節(jié)約了大量甲酸與液氨精品文檔2626精品文檔等原料，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)周期短，國內(nèi)已用于生產(chǎn)。（2）非那西汀（對乙酰氨基苯乙醚）制備以對硝基苯酚為原料，經(jīng)還原、酯化和醚化制備，（3）撲熱息痛中間體（對氨基苯酚）的合成對硝基氯苯為原料，經(jīng)水解制對硝基酚，然后用鐵粉和鹽酸進行還原成對-基酚。國外先進技術(shù)以硝基苯為原料，用氧化鉑作催化劑進行氫化催化，經(jīng)過苯胲，再重排生成對-氨基酚。該反應(yīng)大大降低對氨基酚的生產(chǎn)成本。（4）咖啡因的合成在以二甲脲與氰乙酸縮反應(yīng)合成咖啡因的過程中，中間產(chǎn)物二甲基-4-亞氨基脲嗪經(jīng)氫化還原后得到二甲基-4,5-氨基脲嗪本合成路線可以提高咖啡因的收率和質(zhì)量。（5）阿托品的合成在阿托品的合成工藝中，以呋喃為初始原料，經(jīng)電解生成,5-甲氧基二氫呋喃，通過加氫催化合成二甲氧基四氫呋喃，在經(jīng)水解、縮合生成托品酮，再氫化合成托品醇，再經(jīng)成鹽、酯化、水解等，最終合成阿托品。（6）其它其他醫(yī)藥合成工藝需要氫化催化的工藝流程還較多。例如維生素B、維生素B、維生素A、合成黃連素、多西環(huán)素、甲砜霉素、普魯卡因胺、腎上腺素、氯喹、安體舒通、醋酸可的松18-基炔諾酮、噻嘧啶、坦特利爾、金剛烷胺、三氟哌丁苯、甲地孕酮、異丙基腎上腺素、凝血酸、降糖靈、甲氧胺、碘苷苯噻啶阿咪替林胃長寧合成山莨菪堿白內(nèi)仃醋碘苯酸膚輕松己酸孕酮、地塞美松、雙炔失碳丙酯等等。五、冶金工業(yè)在冶金工業(yè)中氫氣主要用作還原氣以便將金屬氧化物還原成金屬氫氣精品文檔精品文檔除了用于還原若干種金屬氧化物以制取純金屬外，在高溫鍛壓一些金屬器材時，氫氣作為保護氣以使金屬不被氧化用氫氣和氧氣可進行焊接或金屬非金屬的熔化氣在氧氣中燃燒的溫度可過3100K通過電弧的火焰時分解成原子氫，原子氫可用于最難熔的金屬、高碳鋼、耐腐蝕材料、有色金屬等的熔融和焊接。用原子氫進行焊接的優(yōu)點在于氫原子束能防止焊接部位被氧化使焊接的地方不產(chǎn)生氧化皮。許多天然食用油具有很大程度的不飽和性經(jīng)氫化處理后所得產(chǎn)品可穩(wěn)定貯存，并能抵抗細菌的生長，提高油的粘