氯鹼廠副產氫氣凈化工藝研究與關鍵裝置設計

① 怎樣製造氫氣

工廠生產方法有：
1、電解水制氫．
水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的逆過程，因此只要提供一定形式一定能量，則可使水分解。提供電能使水分解製得氫氣的效率一般在75-85％，其工藝過程簡單，無污染，但消耗電量大，因此其應用受到一定的限制。利用電網峰谷差電解水制氫，作為一種貯能手段也具有特點。我國水力資源豐富，利用水電發電，電解水制氫有其發展前景。太陽能取之不盡，其中利用光電制氫的方法即稱為太陽能氫能系統，國外已進行實驗性研究。隨著太陽電池轉換能量效率的提高，成本的降低及使用壽命的延長，其用於制氫的前景不可估量。同時，太陽能、風能及海洋能等也可通過電製得氫氣並用氫作為中間載能體來調節，貯存轉化能量，使得對用戶的能量供應更為靈活方便。供電系統在低谷時富餘電能也可用於電解水制氫，達到儲能的目的。我國各種規模的水電解制氫裝置數以百計，但均為小型電解制氫設備，其目的均為制提氫氣作料而非作為能源。隨著氫能應用的逐步擴大，水電解制氫方法必將得到發展。
2、礦物燃料制氫
以煤、石油及天然氣為原料製取氫氣是當今製取氫氣是主要的方法。該方法在我國都具有成熟的工藝，並建有工業生產裝置。
（1）煤為原料製取氫氣
在我國能源結構中，在今後相當長一段時間內，煤炭還將是主要能源。如何提高煤的利用效率及減少對環境的污染是需不斷研究的課題，將煤炭轉化為氫是其途徑之一。
以煤為原料製取含氫氣體的方法主要有兩種：一是煤的焦化（或稱高溫干餾），二是煤的氣化。焦化是指煤在隔絕空氣條件下，在90－1000℃製取焦碳副產品為焦爐煤氣。焦爐煤氣組成中含氫氣55-60％（體積）甲烷23-27％、一氧化碳6-8％等。每噸煤可得煤氣300－350m3，可作為城市煤氣，亦是製取氫氣的原料。煤的氣化是指煤在高溫常壓或加壓下，與氣化劑反應轉化成氣體產物。氣化劑為水蒸汽或氧所（空氣），氣體產物中含有氫有等組份，其含量隨不同氣化方法而異。我國有大批中小型合成氫廠，均以煤為原料，氣化後製得含氫煤氣作為合成氨的原料。這是一種具有我國特點的取得氫源方法。採用OGI固定床式氣化爐，可間歇操作生產製得水煤氣。該裝置投資小，操作容易，其氣體產物組成主要是氫及一氧化碳，其中氫氣可達60％以上，經轉化後可製得純氫。採用煤氣化制氫方法，其設備費占投資主要部分。煤地下氣化方法近數十年已為人們所重視。地下氣化技術具有煤 資源利用率高及減少或避免地表環境破壞等優點。中國礦業大學餘力等開發並完善了"長通道、大斷 面、兩階段地下煤氣化"生產水煤氣的新工藝，煤氣中氫氣含量達50％以上，在唐山劉庄已進行工業性試運轉，可日產水煤氣5萬m3，如再經轉化及變壓吸附法提純可製得廉價氫氣，該法在我國具有一定開發前景．我國對煤制氫技術的掌握已有良好的基礎，特別是大批中小型合成氨廠的制氫裝置遍布各地，為今後提供氫源創造了條件。我國自行開發的地下煤氣化制水煤氣獲得廉價氫氣的工藝已取得 階段成果，具有開發前景，值得重視。
（2）以天然氣或輕質油為原料製取氫氣
該法是在催化劑存在下與水蒸汽反應轉化製得氫氣。主要發生下述反應：
CH4＋H2O→CO＋H2
CO＋H2O→COZ＋HZ
CnH2h＋2＋Nh2O→nCO＋（Zh＋l）HZ
反應在800-820℃下進行。從上述反應可知，也有部分氫氣來自水蒸汽。用該法製得的氣體組成中，氫氣含量可達74％（體積），其生產成本主要取決於原料價格，我國輕質油價格高，制氣成本貴，採用受到限制。大多數大型合成氨合成甲醇工廠均採用天然氣為原料，催化水蒸汽轉化制氫的工藝。我國在該領域進行了大量有成效的研究工作，並建有大批工業生產裝置。我國曾開發採用間歇式天然氣蒸汽轉化制氫工藝，製取小型合成氨廠的原料，這種方法不必用采高溫合金轉化爐，裝置投資成本低。以石油及天然氣為原料制氫的工藝已十分成熟，但因受原料的限制目前主要用於製取化工原料。
（3）以重油為原料部分氧化法製取氫氣
重油原料包括有常壓、減壓渣油及石油深度加工後的燃料油，重油與水蒸汽及氧氣反應製得含氫
氣體產物。部分重油燃燒提供轉化吸熱反應所需熱量及一定的反應溫度。該法生產的氫氣產物成本
中，原料費約佔三分之一，而重油價格較低，故為人們重視。我國建有大型重油部分氧化法制氫裝置，用於製取合成氫的原料。

② 實驗室製取氯氣的方法和步驟

一、實驗室里也可用其他氧化劑來氧化濃鹽酸製取氯氣。

二、反應原理：

最常用MnO2 + 4HCl(濃） ==加熱== MnCl2+ 2H2O + Cl2 ↑

常用的氧化劑還有有KMnO4、KClO3、Ca(ClO)2等。

1、2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O

由於KMnO4的氧化性比MnO2強，所以用KMnO4制Cl2，通常不需加熱。

2、KClO3+6HCl==== KCl+3Cl2↑+3H2O

3、Ca(ClO)2+4HCl(濃)==== CaCl2+2Cl2↑+2H2O

總之，實驗室制氯氣的辦法都圍繞著一個核心：氯離子+氧化劑+酸性環境，氧化劑的氧化性不強的話還需不同程度加熱。

三、用向上排空氣法或者排飽和食鹽水法收集。

四、用飽和食鹽水出去HCl氣體，用濃硫酸除去水蒸氣。

五、用強鹼溶液（如NaOH溶液）吸收尾氣。

六、驗滿：

1、將濕潤的澱粉-KI試紙靠近盛Cl2瓶口，觀察到試紙立即變藍，則證明已集滿。

2、將濕潤的藍色石蕊試紙靠近盛Cl2瓶口，觀察到試紙先變紅後褪色，則證明已集滿。

3、實驗室制備氯氣時，常常根據氯氣的顏色判斷是否收集滿。

(2)氯鹼廠副產氫氣凈化工藝研究與關鍵裝置設計擴展閱讀：

氯氣泄漏極易造成人身傷亡和區域性污染，防止氯氣泄漏的方法有：

1、不能選用存在缺陷的設備和部件，各設備和部件要定期檢測和檢驗；

2、加強工藝管理，嚴格控制工藝指標，發現問題必須及時檢查和處理；

3、加強事故氯處理裝置的管理和檢修，相關裝置採用多路電源供電，定期清洗事故氯處理裝置，機泵定期試車；

4、為了及時發現氯氣泄漏，在生產、儲存、輸送和使用的崗位都要安裝氯氣報警器，一旦氯氣泄漏，可及早發現，防止事故擴大，並在液化崗位安裝電視監控和鹼液噴淋裝置；

5、加強對職工的安全教育和培訓。

泄漏應急處理：

泄漏污染區人員應迅速撤離至上（側）風處，並立即設置警戒，小泄漏時，於150米處設置警戒，大泄漏時，於450米設置警戒。

消防人員必須佩戴空氣呼吸器或氧氣呼吸器，穿全身防火防毒服，手戴橡膠手套，在上風向進行處置。盡可能切斷泄漏源，合理通風，加速擴散，噴霧狀水稀釋、溶解，構築圍堤或挖坑收容產生的大量廢水。

如有可能，用管道將泄漏物導至還原劑（酸式硫酸鈉或酸式碳酸鈉）溶液中或將漏氣鋼瓶浸入石灰乳液中。具體處置措施為：

1、關閥斷源。生產裝置發生氯氣泄漏，事故單位的工程技術人員或熟悉工藝的人員關閉輸送物料的管道閥門，斷絕物料供應，切斷事故源，公安消防隊出開花或噴霧水槍掩護並協助操作。

2、倒罐轉移。儲罐、容器壁發生泄漏，無法堵漏時，可採用疏導的方法將液氯倒入其他容器或儲罐。

3、化學中和。儲罐、容器壁發生少量泄漏，可採用化學中和的方法，即在消防車水罐中加入生石灰、蘇打粉等鹼性物質，向罐體、容器噴射，以減輕危害，也可將泄漏的液氯導至碳酸鈉溶液中，使其中和，形成無危害或微毒廢水。

具體反應為CaO+H2O一Ca（OH）2，2Ca（OH）2+2Cl2一CaCl2+Ca（CIO）2+2H2O。生成氯化鈣和次氯酸鈣，都沒有毒害作用。如果現場溫度比較高，則生成氯化鈣和氯酸鈣。產物的沉降度比較好，不會形成懸浮物，很快降落到地面，對地面植物起到鈣肥作用。

4、稀釋降毒。以泄漏點為中心，在儲罐、容器壁的四周設置水幕或噴霧水槍噴射霧狀水進行稀釋降毒，但不宜使用直流水或直接對准泄漏點噴射，避免氯氣與水作用生成酸，加速對泄漏點的腐蝕。除了使氯氣溶解於水外，還可以利用氯氣與水的反應加大對空氣中氯氣的吸收。

5、浸泡水解。運輸途中體積較小的液氯鋼瓶閥門損壞，發生泄漏，又無堵漏器具無法制止外泄時，可將鋼瓶浸入氫氧化鈣等鹼性溶液中進行中和，也可將鋼瓶浸入水中。

6、器具堵漏。管道壁發生泄漏，且泄漏點處在閥門以前或閥門損壞，不能夠關閥止漏時，可使用不同形狀的堵漏墊、堵漏楔、堵漏袋等器具實施封堵。

（a）微孔跑冒滴漏可用螺絲釘加粘合劑旋入孔內的方法堵漏。

（b）罐壁撕裂發生泄漏，可用充氣袋、充氣墊等專用器具從外部包裹堵漏。

（c）帶壓管道泄漏，可用捆綁式充氣堵漏帶或使用金屬外殼內襯橡膠墊等專用器具實施內外堵漏。

（d）閥門法蘭盤或法蘭墊片損壞，發生泄漏，可用不同型號的法蘭夾具，並注射密封膠的方法進行封堵，也可直接使用專門的閥門堵漏工具實施堵漏。

7、洗消處理。

1、化學消毒法。即用氫氧化鈉、氨水、碳酸氫鈉等鹼性物質溶於水中，噴灑在污染區域或受污染體表面，發生化學反應改變毒物性質，成為無毒或低毒物質；

2、物理消毒。即用吸附墊、活性炭等具有吸附能力的物質，吸附回收後轉移處理；對染毒空氣可用水驅動排煙機吹散降毒，也可對污染區暫時封閉，依靠自然條件如日曬、通風使毒氣消失；也可噴射霧狀水進行稀釋降毒。

參考資料來源：網路-氯氣

③ 如何製造氫氣製造氫氣需要哪些設備和材料知道的請告訴我，謝謝！

電解水