氢气的工业用途
氢气是氢元素形成的一种单质,化学式H2,分子量为2.01588。常温常压下,氢气是一种无色、无味、无臭、无毒、极易燃烧且难溶于水的气体。氢气的密度为0.089g/L(101.325kpa,0°C),约为空气的1/14,是已知的密度最小的气体。
氢气最早于16世纪初由人工制得,当时使用的方法是将金属与强酸反应。1766~1781年,英国化学家亨利·卡文迪许(HenryCavendish)发现了氢元素,并证实氢气燃烧生成水。法国化学家拉瓦锡(Antoine-Laurentde Lavoisier)根据这一发现将该元素命名为“hydrogenium”(“生成水的物质”之意,“hydro”是“水”,“gen”是“生成”,“ium”是元素通用后缀)。19世纪50年代,英国医生合信(B.Hobson)在其《博物新编》中将“hydrogen”翻译为“轻气”,意指其为最轻的气体。
工业上一般从天然气或水煤气制氢气。制得的氢气大量用于石化行业的裂化反应和生产氨气。氢气分子可以进入许多金属的晶格中,造成“氢脆”现象,使得氢气的存储罐和管道需要使用特殊材料(如蒙乃尔合金),设计也更加复杂。
氢气被列入《危险化学品名录》,并按照《危险化学品安全管理条例》管控。
氢气的工业用途:
1、氢气是一种化工原料,耗用氢气量最大的是合成氨,世界上约百分之六十的氢气用于合成氨,中国的比例更高。其次是经合成气(H2/CO2)制甲醇。氢与氯可合成氯化氢而制得盐酸。 [13]氢气还能还原有机物的硝基为氨基,如硝基苯氢化还原可制苯胺。用酮或醛和氢气还原烷化能制各种有机产品,例N-烷基-N苯基对苯二胺、防老剂4010,防老剂4020等。
2、由于氢气具有良好的还原性,且无污染,因此氢可代替碳作还原剂用于金属冶炼;此外,氢气还可用于光导纤维生产,金属的切割焊接,氢燃料电池汽车,分布式发电等。
3、在一般情况下,氢极易与氧结合。这种特性使其成为天然的还原剂使用于防止出现氧化的生产中。在玻璃制造的高温加工过程及电子微芯片的制造中,在氮气保护气中加入氢以去除残余的氧。在石化工业中,需加氢通过去硫和氢化裂解来提炼原油。氢的另一个重要的用途是对人造黄油、食用油、洗发精、润滑剂、家庭清洁剂及其它产品中的脂肪氢化。
4、氢气还可用作工业燃料,氢气作燃料用的优点之一就是分子量最低,而氢和氧的燃烧热值高,可达28670千卡/千克,比液氧和煤油的热值(10000千卡/千克左右)高得多,液氢是优良的火箭发动燃料,也可用于航天飞机的推进剂。中国1984年4月8日发射的第一颗试验通信卫星,使用的就是液氢和液氧推进剂。