常温常压下,氢气是一种极易燃烧,无色透明、无臭无味且难溶于水的气体。氢气是世界上已知的密度**小的气体,氢气的密度只有空气的1/14,即氢气在1标准大气压和0℃,氢气的密度为。所以氢气可作为飞艇、氢气球的填充气体(由于氢气具有可燃性,安全性不高,飞艇现多用氦气填充)。氢气是相对分子质量**小的物质,主要用作还原剂。氢气(H2)**早于16世纪初被人工制备,当时使用的方法是将金属置于强酸中。1766–1781年,亨利·卡文迪许发现氢元素,氢气燃烧生成水(2H₂+O₂点燃=2H₂O),拉瓦锡根据这一性质将该元素命名为“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()编写《博物新编》(1855年)时,把"hydrogen"翻译为“轻气”,意为**轻气体。工业上一般从天然气或水煤气制氢气,而不采用高耗能的电解水的方法。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(如蒙耐尔合金),设计也更加复中国实现氢气的低温制备和存储,荣获科技部2017年度中国科学进展。 国内氢能产业取得了一些突破,但仍有大量关键技术、零部件依赖国外。山西附近氢气运输收费
当前氢能产业已经进入快速发展阶段。2021年,全球氢气产量约为每年7000万吨。中国是世界上比较大的氢气生产国,每年产量2200万吨,约占世界产量的三分之一。但由于氢气体积能量密度极低且液化困难,其运输成本远远超过石油及天然气等传统燃料,达到交货成本的6%左右。而且随着规模经济与技术进步导致的制氢成本下降,运输成本的比重还会不断增加。氢气的输运包括工业钢瓶、集装格、长管拖车、气体管道、液态氢气、有机液体、储氢合金等方法。单个工业氢气钢瓶的容积为40L,压力为15MPa,储氢为0.5kg。集装格由9~20个氢气钢瓶组成,储氢3~10kg,主要是实验室规模的氢气输运。100kg以上的氢气输运方法主要是长管拖车、气体管道、液态氢气。重庆氢气运输钢瓶氢气被用于燃料油、石油炼制等的加氢精制来提高油品的质量。
1920年Moers用电解氢化锂,在阳极产生氢气,从而证明了离子型氢化物的存在。氢气质子与质子酸对氢原子的氧化,也即让氢原子失去其电子,即可得到H+(氢离子)。氢离子不含电子,由于氢原子通常不含中子,故氢离子通常只含1个质子。这也就是为什么常将H+直接称为质子的原因。H+是酸碱理论的重要离子。裸露的质子H+不能直接在溶液或离子晶体中存在。这是由氢离子和其他原子、分子不可抗拒的吸引力造成的。除非在等离子态物质中,氢离子不会脱离分子或原子的电子云。但是,“质子”或“氢离子”这个概念有时也指带有一个质子的其他粒子,通常也记做“H+”。为了避免认为溶液中存在孤立的氢离子,一般在水溶液中将水和氢离子构成的离子称为水合氢离子(H3O+)。但这也只是一种理想化的情形。氢离子在水溶液中事实上以类似于H9O4+的形式存在。尽管在地球上少见,H3+离子(质子化分子氢)却是宇宙中**常见的离子之一。氢气可燃性氢气燃烧氢气是一种极易燃的气体,燃点只有574℃,在空气中的体积分数为4%至75%时都能燃烧。氢气燃烧的焓变为−286kJ/mol:2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)。
氢气是目前已知的世界上轻的气体,化学式为H2。氢气是一种可燃烧的气体,燃烧热度大效率高,此外氢气的用处也十分普遍。氢气用量大的是作为一种关键的原油化工原料,用以生产合成氨、甲醇以及原油炼制过程的加氢反应。此外,在电子工业、冶金工业、食品工业、浮法玻璃、精巧有机合成、航空航天工业等领域也有应用。由于氢气的需求量十分大,所以氢气的制取方式的选取也就较为主要!究竟什么样的氢气的制取方式更适合?什么样的氢气的制取方式经济成本更具优势呢?常规氢气的制取方式分成两大类,一种是实验室制取氢气,一种是工业制取氢气。我们先来明白一下实验室制取氢气的方式。实验室制取氢气的方式一种化学原料是金属,一般是锌和铁,凡是金属活动性在氢气前面的金属,都可用来制取氢气。实验室里制取较多的氢气时,常用启普发生器。凡是运用块状固体(不溶于水的)跟液体反应,反应时不需加热,且生成的气体难溶于水,都可采用启普发生器展开。启普发生器由球形漏斗,器皿和导气管三大部分组成。采用时扭开导气管活塞,酸液由球形漏斗流到器皿的底部,再升高到中部跟锌粒触及而时有发生反应,产生的氢气从导气管放出。不须时关闭导气管上的活塞。采用船运或卡车运输氢气目前**为常见,但运输的量非常有限:对于20MPa压缩氢气,运输500Kg氢需要40t的卡车。
当加氢站数量少时,运输成本可高达·kg-1。随着加氢站数量的增加和加氢站规模的增大,成本逐渐降低。但是在加氢站数量较少时,成本在下降过程中出现波动,这与长管拖车利用效率有关,例如当加氢站规模750kg·d-1时,长管拖车处于高负荷工作状态,但当规模增加到900kg·d-1时,由于需要增加管束,降低长管拖车总体负荷强度,利用率降低,所以运输成本上升。当加氢站网络的数量达到8个后,运输成本逐渐稳定在·kg-1。图2是液氢的运输成本。可看到,随着加氢站数量和规模的增加,液氢的运输成本快速降低。液氢槽车运输氢气的比较低成本为·kg-1,将近为长管拖车的1/6。图3是氢气通过管道运输的运输成本,管道的运输距离也为50km。可看到,氢气的运输成本随每个加氢站规模的增加而迅速减少,但是三条曲线基本重叠,说明加氢站数量的增加并不减少氢气运输成本,其原因是增加加氢站需要另外铺设氢气管道。 液态储氢及储氢材料储氢方式在储氢密度、储氢量、安全性方面都于压气态储氢。四川氢气运输钢瓶
氢气管道运输是通过氢的输送管,是氢基础设施的一部份。山西附近氢气运输收费
氢运输主要运输四种状态的氢:低压氢气、高压氢气、液氢和固态氢(金属氢化物储氢和有机氢化物储氢等)。运输技术主要有管道运输、机动车运输、船运。选择何种运输方式基于以下四点综合考虑:运输过程的能量效率、氢的运输量、运输过程氢的损耗、运输里程。液氢运输的能量效率高,但是液化过程就消耗三分之一的氢能量,同时还存在氢气蒸发和运输设备绝缘的复杂技术要求。可见,液氢只适合于短途运输。氢运输主要运输四种状态的氢:低压氢气、高压氢气、液氢和固态氢(金属氢化物储氢和有机氢化物储氢等)。运输技术主要有管道运输、机动车运输、船运。选择何种运输方式基于以下四点综合考虑:运输过程的能量效率、氢的运输量、运输过程氢的损耗、运输里程。液氢运输的能量效率高,但是液化过程就消耗三分之一的氢能量,同时还存在氢气蒸发和运输设备绝缘的复杂技术要求。可见,液氢只适合于短途运输。 山西附近氢气运输收费