氢是电子工业、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的加氢反应。
一、氢是现代炼油和化工的基本原料之一。氢广泛应用于化工行业。合成氨和甲醇中使用的氢大多由天然气、石脑油或重油的蒸汽转化或部分氧化制成。
石油炼油行业的氢量仅次于合成氨。在石油炼油过程中,氢主要用于石脑油氢脱硫、粗柴油氢脱硫、燃料油氢脱硫,提高飞机燃料的无火焰高度和氢裂化;在石化领域,氢主要用于C蒸馏加氢,汽油加氢,C6-C8馏分加氢脱烷基和生产环己烷。
在石化领域,氢和一氧化碳也可以合成多种有机化合物,如乙二醇和聚甲烯(polymethylen),,醇的同系化反应,与不饱和烃的醛反应等。费托法可以合成各种碳氢化合物,包括发动机燃料和固体石蜡、含氧化合物等一系列有价值的单一有机化合物醛制醇、炔烃制烯烃、甲苯脱烷基制苯、硝基苯制苯胺、萘制氢化萘等。二苯基亚甲基二异氰酸酯用于轻化工行业(MDI),甲苯二异氰酸酯(TDI),二酸和脂肪醇都需要催化加氢。不同的氢纯度对加氢装置的能耗有很大的影响。例如,柴油加氢比较95%氢和99%氢,前者能耗为后者的1.35倍。氢中含有的两种杂质不利于生产,一种是催化剂中毒的杂质(如O,H2S),一种是惰性物质(如甲烷、氮气、烃类),有毒杂质会降低催化剂的活性。
二、电子工业,在晶体生长和衬底制备、氧化工艺、外延工艺和化学气体积累方面(CVD)氢气应用于技术。
半导体工业对海口气体纯度和微量杂质的要求很高“掺人”,会改变半导体的表面特性。
氢用于电子工业中多晶硅的制备。当硅用氯化氢生成三氯氢硅时SiHCl经过分馏工艺分离,在高温下用氢还原,达到半导体所需的纯度:纯度高的氢气也用于制造非晶硅太阳能电池。
光导纤维的应用和发展是新技术革命的重要象征之一。石英玻璃纤维是光导纤维的主要类型。在制造过程中,氢氧烟需要加热。经过几十次沉积,对氢的纯度和清洁度有很高的要求。
三、氢和氮是玻璃工业中广泛使用的海口气体。浮法玻璃成型设备中含有熔化锡液,容易氧化,产生氧化锡,导致玻璃沾锡,增加锡的消耗。因此,需要密封锡槽,连续送人纯2-8%氢氮混合物,保持槽内正压和还原气氛,保护锡液不被氧化。第四,冶金工业,在冶金工业中,氢主要用于还原气体,从而将金属氧化物还原为金属。氢不仅用于还原几种金属氧化物制备纯金属,还用于高温锻造一些金属设备,使金属不被氧化。
四、食品加工业
许多天然食用油具有很大的不饱和度。氢化处理后,产品可以稳定储存,抵抗细菌的生长,提高油的粘度。植物油氢化氢,纯度要求很高,一般需要严格净化才能使用。食用油氢化产品可加工成人造奶油和食用蛋白质。非食用油氢化可获得肥皂和畜牧业饲料的原料,包括氢和不饱和酸(油酸、亚油酸等)的甘油,将氢引入液体脂肪或植物油的组成。
五、空间技术和燃气应用
氢作为一种航空燃料有许多优点。它不仅能满足未来航空燃料的许多要求,而且重要的是氢燃烧基本上不会污染环境。根据单位质量计,氢燃烧热值(119900-141900kJ/kg)比烃类燃料的燃烧热值大1.8倍。由液氢和液氧组成的推进剂比推力高。因此,液氢被广泛应用于空间技术中。
氢和氧可以焊接。氢在氧气中燃烧的温度可达3100K,氢通过电弧火焰分解成原子氢,产生的原子氢飞向熔融表面。金属进一步加热和熔化吸收原子氢的热量,使金属焊接表面的温度高达3800-4300K。该原子氢可用于熔化和焊接难熔化的金属、高碳钢、耐腐蚀材料、有色金属等。用原子氢焊接的优点是氢原子束可以防止焊接部位氧化,使焊接部位不产生氧化皮。