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氢气的应用领域
(转载网络)
氢气的应用领域很大,其中,用量最大的是作为一种重要的石油化工原料,用于
生产合成氨、甲醇以及石油炼制过程的加氢反应。此外,在电子工业、冶金工业、
食品工业、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天工业等领域也有应用。
1、石油化工
氢气是现代炼油工业和化学工业的基本原料之一,在广泛范围内氢以多种形式
用于化学工业。合成氨、甲醇用的氢大部分是由天然气、石脑油或重油的蒸汽转化
或部分氧化制取。一个1000t/d规模的氨厂,每生产1t氨需要氢气336m3,大规模
生产合成氨的主要成本取决于氢的成。一个2500t/d规模的甲醇厂,每生产1t甲醇
约需要氢气560m3。
石油炼制工业用氢量仅次于合成氨。在石油炼制过程中,氢气主要用于石脑油
加氢脱硫、粗柴油加氢脱硫、燃料油加氢脱硫、改善飞机燃料的无火焰高度和加氢
裂化等方面;在石油化工领域,氢气主要用于C3馏分加氢、汽油加氢、C6-C8馏分
加氢脱烷基以及生产环己烷等方面。
催化重整原料的加氢是除去石脑油中的硫化物、氮化物、铅和砷等杂质,是石
油炼制工业中最早使用的过程。柴油馏分和重质馏分的加氢脱硫操作压力为3-
4MPa,温度340-380℃。燃料油加氢脱硫主要
是由于环保的要求,因为空气污染95%是由于燃料油燃烧时放出的SO2引起的,
加氢脱硫耗氢量大,工艺上可采用直接或间接脱硫。加氢裂化是在氢气存在下进行
的催化裂化过程,反应主要特征是C-C键断裂,空速低,所用氢气量大。选择性加氢
主要用于高温裂解产物,对乙烯馏分进行气相加氢,对丙烯馏分采用液相加氢,汽油
馏分中富含二烯烃、烯烃和芳香烃,这类化合物在与空气接触时会产生胶质,故一定
要进行加氢处理,将不稳定化合物转化成稳定的产物。
加氢精制也是除去有害化合物的过程,除硫化氢、硫醇、总硫之外,炔烃、烯
烃、金属和准金属等均可在加氢过程中除去。因而,在现代石油化学加工过程中,利
用加氢工艺可以改善石油化学品的质量,增加最有价值的石油化学品的产量.减少重
油残渣和焦油的生成,降低结碳量,提高石油加工厂的适应性,从石油加工废物中可
以得到很多有价值的石油化学产品,净化一系列产品,除去有害杂质。氢是现代石油
化工工业产品最通用的净化剂,能提高大型裂化装置的生产能力。
在石油化工领域,还可以用氢和一氧化碳反应合成多种有机化合物,如乙二醇
的合成、合成聚甲烯(polymethylen)、,醇的同系化反应、与不饱和烃反应制醛
等。用费托法可以合成各种烃,包括发动机燃料和一系列有价值的单一有机化合物,
如固体石蜡、含氧化合物等。
此外,采用选择加氢,可由醛制醇,炔烃制烯烃,甲苯脱烷基制苯,硝基苯加氢制
苯胺以及由萘制氢化萘等。在轻化工行业中所使用的二苯基亚甲基二异氰酸酯
(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、己二酸、
脂肪醇等都需要采用催化加氢工艺。氢气纯度不同对加氢装置能耗有较大影
响,如95%的氢和99%氢用于柴油加氢对比,前者能耗为后者的1.35倍。氢气中含有
的两类杂质对生产不利,一类是使催化剂中毒的杂质(如O,H2S),一类是惰性物质
(如甲烷、氮气、烃类),有毒杂质会使催化剂活性下降。
2、电子工业
在晶体的生长与衬底的制备、氧化工艺、外延工艺中以及化学气相淀积(CVD)
技术中,均要用到氢气。
半导体工业对气体纯度要求极高,微量杂质的“掺人”,将会改变半导体的表
面特性。
电子工业中多晶硅的制备需要用到氢。当硅用氯化氢生成三氯氢硅SiHCl3后,
经过分馏工艺分离出来,在高温下用氢还原,达到半导体需求的纯度:
SiHCl3+H2→Si+3HCl
当用于氢氧合成氧化,常压下将高纯氢与高纯氧通人石英管内,使之在一定的
温度下燃烧,生成纯度很高的水,水汽与硅反应生成高质量的SiO2膜。
在外延工艺中,用于硅气相外延:四氯化硅或三氯氢硅在加热的硅衬底表面与
氢发生反应,还原出硅沉积到硅衬底上,生成外延层的过程为:
SiCl4+2H2→Si+4HCl
SiHCl3+H2→Si+3HCl
上述过程对氢的纯度要求很高。氢气中含有的微量一氧化碳和二氧化碳杂质
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