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[求助] 氢气的应用领域指标要求及年用量咨询?

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大家好,对于氢气的各应用领域、指标要求、产氢方式、年用量等,有数据吗?
氢气的应用领域
1、石油化工、精细化工和有机合成
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。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。
采用选择加氢,可由醛制醇,炔烃制烯烃,甲苯脱烷基制苯,***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。
在有机合成领域,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。
2、电子行业
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会使衬底氧化,生成多晶硅。如果含有甲烷,则会生成碳化硅进人外延层,引起缺陷。过去硅外延时,要求含氧量小于1×10-6,露点低于-70℃,现在要求更苛刻,在砷化镓液相外延时,当氢气中含氧量降到0.03 ×10-6,露点低于-90℃时,器件寿命可达104小时以上。
在电真空材料和器件如钨和钼的生产过程中,用氢气还原氧化物粉末,再加工制成线材和带材,若其中所用的氢气的纯度越高,水含量越低,还原温度越低,所得钨、钼粉末就越细。对氢闸管、离子管、激光管等各种充气电子管的填充气体纯度要求更高,显像管制造中所使用的氢气纯度大于99.99%
在制造非晶硅太阳电池中,也需要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。
3、浮法玻璃生产
在玻璃工业中广泛使用的气体有氢、乙炔、氧和氮。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的氢氮混合气,维持槽内正压与还原气氛,保护锡液不被氧化。浮法玻璃厂氢气耗量取决于生产规模,一般在80-150m3/h之间,供氢模式多采用电解氢经提纯后送人锡槽,氢气的纯度为99.999%
4、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,经常用氢气作为保护气以使金属不被氧化。
5、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。
6、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。日本对以液氢为燃料的超导磁悬浮列车进行了可行性研究。美国波音公司和刘易斯研究中心对液氢飞机作过可行性研究。可以预见,不久的将来必然以氢取代烃做燃料。
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。氢作为能源,是未来发电、电动汽车用燃料电池的燃料。燃料电池是将氢燃料与氧化剂的化学能直接转化为电能,转化效率高,生成物为水,对环境无污染被誉为“零排放”,氢是人类未来的清洁能源。
7、其他应用
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做冷却剂。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。




 

发表于 2019-11-13 11:27:01

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