氢气的应用领域.doc

氢气 的应用领域 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 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 : 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+4HClSiHCl3+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