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氢气,你知道多少?

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氢气,你知道多少?

2022-05-20 09:49:59 张煌 浏览次数:984

举世瞩目的北京冬奥会顺利落幕,国民“爱豆”冰墩墩贡献了诸多名场面强力圈粉。张艺谋用一只内置氢燃料的“飞扬”火炬,不仅兑现了中国在国际社会中许下的碳中和诺言,也点燃了国民对于氢能的关注。今天,小悦带着大家一起认识“氢气”的前世今生。


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一、与“氢”初相识

1. “氢”的发现

早在16世纪,瑞士科学家帕拉塞尔斯发现把铁放入硫酸中,会产生一种特殊的气体。1766年,英国化学家和物理学家卡文迪许使用多种金属重复了帕拉塞尔斯的实验,将氢气收集起来并研究其性质。因此,在化学史上,人们把氢元素的发现这一项重大成就,主要归功于卡文迪许。

2. 物理性质

氢气是无色无味并且密度比空气小的气体,在各种气体中,氢气的密度最小。标准状况下,1升氢气的质量是0.089克,比相同体积的空气轻得多。常温下,氢气的性质很稳定,不容易跟其它物质发生化学反应,但当条件改变时(如点燃、加热、使用催化剂等),情况就发生变化。如氢气在空气中的体积分数为4%-75%时,遇到明火时,就会引起爆炸。


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3. 在工业上的分类

工业上,根据中国国家标准《工业氢》GB/T3634-1995,氢气可分为高纯氢(99.999%)、纯氢(99.99%)、普氢(99.9%)三种。联悦生产的氢气主要为高纯氢,并且通过专业的第三方检测,联悦氢气产品的每项检测结果均大幅度优于国家标准。


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二、氢气的制取方法

氢气是二次能源,不能直接从自然界中获取,需要由一次能源转化而来。工业上,常见的氢气制取方法包括天然气重整制氢(SMR)、甲醇裂解制氢(MC)、水电解制氢(Electrolysis) 工业副产氢(Off Gas)。目前公司熟练掌握包括天然气制氢等以上各种制氢方法,且拥有众多技术诀窍,能够长期保持设备的稳定高效运行。     

1. 天然气重整制氢(SMR)


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(1)工艺描述:天然气经过压缩,进入转化炉加热,而后进入反应炉,在催化剂的作用下,发生蒸汽转化反应和一氧化碳变换反应,产生含氢量约为70~90%的混合气,经过变压吸附提纯得到不同纯度的氢气产品。

(2)反应公式:CH4 + H2O→ CO ↑+ 3H2↑        CO + H2O→ CO2 ↑+ H2↑

(3)适用规模:2000-10000Nm3/h

(4)特点:工艺稳定,适合大规模制氢;前期投资较大,成本稳定(管道天然气);天然气既作原料,又做燃料。


2. 甲醇裂解制氢(MC)


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(1)工艺描述:按照一定比例配制的甲醇与脱盐水混合后,在一定的温度、压力条件下通过催化剂作用,同时发生催化转化反应和一氧化碳变换反应,最终生成氢气。产生的氢气经过变压吸附提纯可以得到不同纯度的氢气产品。

(2)反应公式:CH3OH + H2O →3H2↑ + CO2

(3)适用规模:300-3000Nm3/h

(4)特点:工艺稳定,适合中等规模制氢;开关机灵活;前期投资较小,但甲醇价格波动较大


3. 水电解制氢(Electrolysis)


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(1)工艺描述:将原料水(纯水)送入电解槽,由电解槽在直流电的电解下产生氢气及氧气。产生的氢气经过变压吸附提纯可以得到不同纯度的氢气产品。

(2)反应公式:2H2O→2H2↑+O2

(3)适用规模:20-200Nm3/h

(4)特点:工艺简单,但只适合小规模制氢;制氢成本最高;公认最纯净的制氢方式。


4. 工业副产氢(Off Gas)


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(1)工艺描述:将工业副产尾气(含氢量75%~98%),经过变压吸附提纯可以得到不同纯度的氢气产品。

(2)适用规模:1000-10000Nm3/h

(3)特点:工艺稳定,适合各种规模的制氢;氢气产品纯度高,杂质少;受上游生产影响程度较大。


三、氢气的储运方式

当前,氢气产品的商业化储存方式主要是气态储氢,液氢只能用于军工行业。目前主流的储氢载体为钢瓶和鱼雷管束车,公司拥有鱼雷管束车超多150台,配送能力超过300,000 Nm³/d 。


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四、氢气的相关应用

由于氢气的诸多特点,氢气在我们的日常生活应用十分广泛。氢气的应用主要分为两个方面,一个是在传统行业作为原材料使用,另一个是在氢能与燃料电池行业作为能源使用。

1. 传统行业

氢气作为一种工业气体,在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用。如在炼油工业中,氢气被用于燃料油、石油炼制等的加氢精制来提高油品的质量。在玻璃制造的高温加工过程及电子微芯片的制造过程中,在保护气中加入氢气以去除残余的氧,防止氧化的发生。

2. 氢能与燃料电池行业

在氢能与燃料电池领域方面,氢气作为绿色无污染的新能源燃料,主要应用在交通领域,如氢燃料电池汽车、氢燃料电池船舶、氢动力航空等方面。其中,氢燃料电池乘用车、公交车、叉车已经投入市场。如北上广深等大城市均投入使用氢燃料电池公交车,行驶过程中无二氧化碳排放,比传统汽油内燃机车更环保。


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