氢是元素中期表中第一种元素，也是最轻的元素，原子量为l.0079它是组成水、石油、煤炭及有机命体等的一个要素由两个氢原子结合在一起成为氢分子，即氢的单质氢是自然界较为丰富的物质，也是应用最广泛的物质之一，是重要的工业原料，在化学工业、半导体工业及冶金工业等中均占有重要的地位，特别是在化学工业中以氢为原料可生产许多重要的化工产品，如合成氨、甲醇、精炼各种石油产品及合成多种有机化学产品氢也可作为燃料，是城市煤气及工业燃料的重要组成部分大部分氢气是生产后就地消耗使用，如石油油工业的制氢装置就是为精制各种石油产品和合成各种有机化学产品提供氢源 1.1 氢气的性质氢气是一种无色无味的气体，在通常情况下其密度约为空气的十三分之一采用致冷剂将氢气进行冷冻或高压氢气通过绝热膨胀，将温度降至其临界温度以下，压力高于临界压力，均可将氢气液化液态氢在减压下蒸发可形成固体氢表1——1气态氢的物理性质密度，kmol/cm30.0446焓，(0℃),J/mol.K139.59粘度，mPa.s0.00834导阻系数，mW/cm.K1.739表1-2液态氢的物理性质熔点（三相点）K13.947沸点K20.38临界温度，K33.18临界压力，kPa1315临界体积，cm3/mol66.949密度，mol/cm3沸点下0.0352熔点下0.0383气化热,J/mol899.1焓, J/mol在三相点28.7沸点下34.92导热系数,mW/cm.K在三相点0.74沸点下1.00表1-3 固态氢的物理性质熔点（三相点），K13.947蒸气压，kPa熔点下7.210KF0.231密度（熔点下），kmol/cm343.01溶解热（熔点下），J/mol117.2升华热（熔点下），J/mol1028.4焓（熔点下），J/mol.k20.3导热系数（熔点下），mW/am.K9.0 氢气在一般溶剂中的溶解度很低。
表1-4是几种常见溶剂对氢气的溶解度(25℃)氢在气态、液态和固态都是绝缘体表1-4 氢气在常见溶剂中的溶液度溶剂溶解度，ml/L水19.9乙醇89.4丙酮76.4苯75.61．1．2氢气的化学性质 氢能与很多物质进行化学反应，在进行化学反应形成化合物时其价键具有特征氢原子失去其ls电子就成为H+离子，实际上就是氢原子核或质子质子的半径比氢原子的半径要小许多倍，使质子有相对很强的正电场因此它总是同别的原子或分子结合在一起形成新的物质如加氢反应就是将氢气加到各种化合物上的反应如甲烷化反应： C02+4H2——CH4+2H20 1.2氢气制造方法及其用途1.2.1氢气制造方法 氢气制造包括两个过程，即含氢气体制造及氢气提纯根据所需氢气的用途不同，采用不同的制造工艺，得到不同纯度的氢气制造含氢气体的原料，目前主要是碳氢化合物，包括固体(煤)、液体(石油)及气体(天然气)水是制造氢气的另一重要原料，可以采用单独从水中制取氢气如电解水，也可以与碳氢化合物相结合制得氢气下面主要叙述以碳氢化合物制造氢气的方法 化石燃料包括煤、石油和天然气，它们是制取氢气的基础原料这些原料中碳氢比有很大的差别。
例如天然气中碳和氢的比为l：4，石脑油为1：2.2，重油为l：1.4，煤为1：1.3 (1)煤的高温干馏(亦称焦化)煤在隔绝空气的条件下在焦炉中加热到900～1100℃在得到主要产物焦炭的同时，还副产许多炼焦化学产品，如煤焦油、粗苯、氨及焦炉气等焦炉气中含有大量氢气，1t原料煤可得焦炉气(STP)为300～350m3焦炉气组成为氢55%～66%(体积)，甲烷23%～27%，一氧化碳5%～8%，C2以上不饱和烃2%～4%，二氧化碳1.5%～3%，氮3%～7%，氧O.3%～0.8%焦炉气在20世纪50年代以前是获取氢气的主要来源之一 从焦炉出来的焦炉气温度在750～850℃，经冷却并脱除其中所含的煤焦油、粗苯及氨等组分处理后焦炉气含氢约50%～60%，若需进一步提纯则可采用深冷分离法、变压吸附法等进行处理 (2)部分氧化法是以烃类为原料制取含氢气体的方法之一烃类与水蒸汽反应可制得氢气该反应为一强吸热反应，反应所需热量采用由燃烧部分原料供给，故称之为部分氧化法烃类原料选择范围十分广泛，从天然气(CH4)到石油炼制过程中所得重质渣油均适用 当以天然气为原料时，加入不足量的氧气，使部分甲烷燃烧为C02和H20并放出大量的热。
CH4+202——C02 + 2H20 + 1802kJ 在高温及水蒸汽存在下，CO2及水蒸汽可与未燃烧的CH4反应，得到主要产物C0及H2，燃烧所得C02不多，反应为强吸热反应 CH4 + C02—— CO + 2H2—206kJ CH4 + H20— CO + 3H2—247kJ 综合：CH4+0.502—— CO + 2H2 为了防止反应过程中碳析出，需补加入一定量的水蒸汽天然气部分氧化法可在有催化剂存在下进行，也可不用催化剂 当以重油为原料时，部分氧化反应可用下述反应展示： CnHm +(n+1／4m)02—— nC02+1／2mH20 (1) CnHm + nC02—— 2nC02 + 1／2mH2 (2) CnHm + nH2—— nCO+ (1／2m+n)H2 (3) 反应(1)为强放热反应，反应(2)、(3)为强吸热反应反应主要产物为C0及H2，反应温度为1200～1370℃，压力为3.2～8.3MPa，不用催化剂1t原料加入水蒸汽量约400～500kg水蒸汽同时也可以缓冲炉温及抑制炭的生成工业上采用此法最终制得氢气，需经过几个过程，如空气分离设备提供部分氧化法所需氧气、部分氧化法粗产物的净化(如脱炭黑、脱酸性气体)、一氧化碳的转化及脱除等。
(3)轻烃水蒸汽转化法反应是在有催化剂存在下进行，烃类与水蒸汽反应生成C0和H2所用原料主要是天然气，亦可用丙烷、丁烷、液化石油气及石脑油原料轻烃的转化反应是较强的吸热反应，故提高温度可使平衡常数增大，反应趋于完全，压力升高会降低平衡转化率，但由于原料是在压力下，且反应产物的后加工也需在加压下进行，在转化前将原料气加压比转化后再加压在经济上更为有利，因此采用加压操作增加水蒸汽的配比可以提高转化率，同时还可以防止或减少催化剂上积碳合适的反应条件为：温度800～900℃，反应压力1.5～3.OMPa，水蒸汽与原料气摩尔比2.5～6所得转化反应气体的组成为：甲烷3～8%(V)，一氧化碳7%～8%，二氧化碳l0%～l5%，氢气70%左右，采用催化剂(一般为镍催化剂)，该催化剂一般含15%～25%的Ni0，以硅酸铝为载体在反应前将Ni0还原为金属镍对原料中砷含量有严格的限制，以免使催化剂中毒失活当原料较重时，如重于石脑油，则往往采用非镍催化剂，如锶、铝及钙的氧化物，有助于改善结构及抗硅性能 (4)炼油厂及石油化工厂副产氢气在石油炼制过程中副产炼厂气中含有氢气组分炼厂气来源于各石油加工过程，如催化裂化、热裂化、焦化、加氢裂化及催化重整等过程。
不同来源的炼厂气其组成各不相同，其中氢含量也不相同如催化重整气体中含氢量很高，是炼油厂氢气的重要来源表l—5是各种炼油加工过程中气体组成表1-5各种炼油过程中气体组成炼油过程催化重整催化裂化加氢裂化加氢精制焦化热裂解气体组成%（wt）氢气15.40.11.43.00.60.4甲烷9.03.221.824.035.614.7乙烷20.04.14.470.020.722.8乙烯2.82.74.4丙烷27.77.315.33.013.420.5丙烯20.25.114.8丁烷27.922.957.15.610.8丁烯30.53.84.2其它8.912.57.4 催化重整反应一般是以石脑油馏分为原料生产高辛烷值汽油或生产芳烃其化学反应中包括了环烷烃脱氢及烷烃脱氢环化等主要反应，因此在生产芳烃产物的同时得到大量的氢气1．2．2 氢气提纯工艺的选择及其工业应用 石油化工厂和炼油厂氢气提纯的主要工艺有三种：变压吸附、膜分离和深冷分离这些工艺技术各自都基于不同的分离原理，因而其工艺技术的特性各不相同在实际设计工作中，选择合适的氢提纯方法，不仅要考虑装置的经济性，同时也要考虑很多其他因素的影响，如工艺的灵活性、可靠性、扩大装置能力的难易程度、原料气的含氢量以及氢气纯度、杂质含量对下游装置的影响等。
下面将通过对氢提纯工艺各自工艺特点的讨论，提出氢提纯工艺的选择方法1.2.2.1工艺技术概况 (1)变压吸附技术(PSA) 变压吸附工艺的基本原理是利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物的各组分有选择吸附的特性来提纯氢气的杂质在高压下被吸附剂吸附，使得吸附容量极小的氢得以提纯；然后杂质在低压下脱附，使吸附剂获得再生变压吸附工艺为循环操作，用多个吸附器来达到原料、产品和尾气流量的恒定每个吸附器都要经过吸附、降压、脱附、升压、再吸附的工艺过程 变压吸附的最大优点是能够生产高纯度的氢气产品其生产的氢气纯度一般为99％～99.999％(V)产品纯度对氢回收率的影响不大 PSA的吸附压力范围一般为l.0～3.0MPa随着吸附压力的升高，杂质的吸附量增加、氢收率提高而吸附压力过高则氢收率反而下降在合适的条件下，PSA氢收率可高达90%以上图1-1给出了吸附压力和氢回收率的关系曲线尾气的压力越低，氢收率就越高也可以选择抽真空来降低尾气压力(抽真空工艺虽可提高装置的氢气回收率，但装置的投资增加较多)尾气的压力和氢回收率的关系见图l-2。
PSA的尾气一般作为燃料使用PSA的经济性主要取决于在低压下能否利用尾气如果尾气需要压缩到全厂燃料气系统的压力时，压缩设备的投资一般很高因此合理选择尾气的压力至关重要一般尾气的压力约为0.03～0.05MPa(G) 拥有PSA专有技术的国外厂商主要为德国的林德公司和美国的UOP公司国内主要专利商为西南化工研究院 PSA装置中唯一的运动部件是程序控制阀其可靠性要求极高 工艺装置上PSA通常用4～12个吸附器吸附器越多，氢回收率和生产能力也越高吸附剂的选择对装置的性能也至关重要PSA装置常用的吸附剂主要为分子筛、活性炭、硅胶、活性氧化铝通常根据原料气中的杂质不同，采用两种或几种吸附剂组合使用分子筛对一般气体的吸附顺序为： H2