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高纯氢在各行各业中应用

高纯氢在各行各业中应用

  • 分类:气体知识
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  • 来源:
  • 发布时间:2021-08-29
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【概要描述】氢气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,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。

高纯氢在各行各业中应用

【概要描述】氢气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,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。

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氢气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,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。

一、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,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。
     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。
     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(poly methylen)、,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

    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。


   二、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:
     在制造非晶硅太阳电池中,也用到纯度很高的氢气。
     光导纤维的应用和开发是新技术革命的重要标志之一,石英玻璃纤维是光导纤维的主要类型,在制造过程中,需要采用氢氧焰加热,经数十次沉积,对氢气纯度和洁净度都有很高要求。
浮法玻璃生产
  三、在玻璃工业中、广泛使用的气体有氢和氮。在浮法玻璃成形设备中装有熔融的锡液,它极易被氧化,生成氧化锡,造成玻璃沾锡,增加锡的消耗量,因此需要将锡槽密封,并连续不断送人纯净2-8%氢氮混合气,维持槽内正压与还原气氛,保护锡液不被氧化。  四、冶金工业、在冶金工业中,氢气主要用作还原气,以便将金属氧化物还原成金属。氢气除了用于还原若干种金属氧化物以制取纯金属外,在高温锻压一些金属器材时,氢气作为保护气以使金属不被氧化。

五、食品加工工业
     许多天然食用油具有很大程度的不饱和性,经氢化处理后,所得产品可稳定贮存,并能抵抗细菌的生长,提高油的粘度。植物油加氢氢化所用的氢气,纯度要求都很高,一般需严格提纯后方可使用。食用油加氢的产品可加工成人造奶油和食用蛋白质等。非食用油加氢可得到生产肥皂和畜牧业饲料的原料,过程包括用氢和不饱和酸(油酸、亚油酸等)的甘油脂,将氢引人到液体脂肪或植物油的组成中。
空间技术与燃气应用
     氢作为航空燃料的优点有很多,它不仅能满足未来航空燃料的许多要求,最重要的是,氢燃烧对环境基本不产生污染。按单位质量计,氢的燃烧热值(119900-141900kJ/kg)比烃类燃料的燃烧热值大1.8倍。由液氢
和液氧组合成的推进剂具有很高的比推力。因此,在空间技术中大量使用液氢。
     用氢气和氧气可进行焊接。氢气在氧气中燃烧的温度可达3100K,氢通过电弧的火焰时分解成原子氢,生成的原子氢飞向熔接表面,金属依靠吸收原子氢的热被进一步加热、熔化,使金属焊接表面的温度高达3800-4300K。这种原子氢可用于最难熔的金属、高碳钢、耐腐蚀材料、有色金属等的熔融和焊接。用原子氢进行焊接的优点在于,氢原子束能防止焊接部位被氧化,使焊接的地方不产生氧化皮。
     氢气还可以用作燃料电池的燃料。燃料电池是将燃料和氧化剂的化学能直接转化为直流电能的装置.
     由于氢具有较高的导热系数,在大型发电机组中经常用氢气作冷却剂。又由于氢是除氦以外具有极低沸点的气体,液态氢在真空中蒸发可获得14-15K的低温,因而,在需要获得超低温的科学研究中,常用氢作制冷剂。此外,在气相色谱分析中经常用氢气作载气。由于氢密度低,还可以用于充填气球和飞艇。
     利用金属氢化物吸氢放热、脱氢吸热的性质,可以建立热泵循环或热吸附压缩机。还可利用金属氢化物来贮存氢能。

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