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高純氫氣用途及應用領域

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  高純氫氣是一種無色無臭可燃氣體。在空氣中的可燃限4.0%~75.0%(V)。自燃溫度571.2℃。相對密度ds(0℃,空氣=1)0.06960。ρg0.08342kg/m3(21.1℃,101.3kPa);液體密度70.96kg/m3(-252.8℃,101.3kPa)。沸點-252.8℃。熔點-259.2℃。氫分子由兩種同分異構體組成,常溫下正仲氫比例為75:25。隨著溫度降低,仲氫比例提高,伴隨著放出轉化熱。20.4K時平衡組成為0.2:99.8。氫氣無毒,但不能維持生命。

  高純氫氣應用及用途:(什么是高純氫氣)

  氫氣的應用領域很廣,其中,用量最大的是作為一種重要的石油化工原料,用于生產合成氨、甲醇以及石油煉制過程的加氫。結合廣州市譜源氣體有限公司多年在該領域的經驗,將相關應用歸結如下:氫氣廣泛應用于電子工業、冶金工業、食品加工、浮法玻璃、精細化工和有機合成、航空航天工業等領域也廣泛應用。氫作為能源,是未來發電、電動汽車用燃料電池的燃料。

  (一)石油化工

  氫氣是現代煉油工業和化學工業的基本原料之一,在廣泛范圍內氫以多種形式用于石油化學工業。我國的合成氨生產的主要原料是煤制氣、天然氣、石腦油和重油,一個1000t/d規模的合成氨廠,每生產1t氨氨約需氫氣336m3。與合成氨一樣,合成甲醇的氫大部分也是由煤制氣、天然氣、石腦油或重油制取,一個日產千噸級規模的甲醇廠,每生產1t甲醇約需氫氣560m3。。由于甲醇是一種基本有機化工原料,又可作為代替燃料,其需要量日益增長,因而用于甲醇合成的氫氣量也有可能繼續增長。

  石油煉制工業用氫量僅次于合成氨。在石油煉制過程中,氫氣主要用于石腦油加氫脫硫、粗柴油加氫脫硫、燃料加氫脫硫、改善飛機燃料性能和加氫裂化等方面;在石油化工領域,氫氣主要用于C3餾分加氫=汽油加氫、C6~C8。餾分加氫脫烷基以及生產環已烷等方面。

  催化重整原料的加氫是除石腦油中的硫化物、氮化物、鉛和砷等雜質,是石油煉制工業是最早使用的過程。加氫裂化是在氫氣存在下進行的催化裂化過程,反應主要特征是C-C鍵斷裂。選擇性加氫主要用于高溫裂解產物,對乙烯餾分進行氣相加氫,對丙烯餾分采用液相加氫。

  加氫精制也是除去有害化合物的過程,除硫化氫、硫醇、總硫之外,炔烴、烯烴、金屬和準金屬等均可在加氫過程中除去。因而,在現代石油化學加工過程中,利用加氫工藝可以改善石油化學品的質量,增加最有價值的石油化學品的產量,減少重油殘渣和焦油的生成,降低結炭量,提高石油加工廠的適應性,從石油加工廢物中可以得到很多有價值的石油化學產品,凈化一系列產品,除去有害雜質。氫是現代石油加工工業產品最通用的交化劑,能提高大型裂化裝置的生產能力。

  在石油化工領域,還可以用氫和一氧化碳反應合成多種有機化合物,如乙二醇的合成、合成聚甲烯、醇的同系化反應、與不飽和烴反應制醛等。此外,采用選擇加氫,可由醛制醇,炔烴制烯烴,硝基苯加氫制苯胺以及由萘制氫化萘等。

  (二)電子工業

  在一些電子材料的生長與襯底的制備、氧化工藝、外延工藝中以及化學氣相淀積(CVD)技術中,均要采用氫氣作為反應氣、還原氣或保護氣。半導體集成電路生產對氣體純度要求極高,比如氧雜質的允許濃度為10-12等。微量雜質的“摻入”,將會改變半導體的表面特性,甚至使產品成品率降低或造成廢品。

  在制造非晶體硅太陽能電池中,也需要用到純度很高的氫氣。非晶硅薄膜半導體是國際上近十年來研制成功的新材料,在太陽能轉換和信息技術等方面已展示出了誘人的應用前景。

  光導纖維的應用和開發已經規模使用,石英玻璃纖維是光導纖維的主要類型,在光纖預制棒制造過程中,需要采用氫氧焰加熱,經數十次沉積,對氫氣純度和潔凈度都有一定要求。

  (三)浮法玻璃生產工藝

  在玻璃工業中廣泛使用的氣體有氫、乙炔、氧和氮。浮法玻璃生產時,為使錫槽中液態錫不被氧化,采用氮氫混合氣對錫槽進行保護,需用氣體純度較高,其中氫氣的純度為99.999%。

  (四)冶金工業

  在治金工業中,氫氣主要用做還原氣,以便將金屬氧化物還原成金屬。氫氣除了用于還原若干種金屬氧化物以制取純金屬外,在高溫鍛壓一些金屬器材中,經常用氫氣作為保護氣以使金屬不被氧化。

  (五)食品加工工業

  許多天然食用油具有很大度的不飽和性,經氫化處理后,所行產品可穩定貯存,并能抵抗細菌的生長,提高油的黏度。植物油加氫氫化所用的氫氣,純度要求都很高,一般需嚴格提純后方可使用。食用油加氫的產品可加工成人造奶油和食用蛋白質等。非食用油加氫可得到生產肥皂和畜牧業飼料的原料。過程包括用氫飽和不飽和酸(油酸、亞油酸等)的甘油脂,將氫引入到液體脂肪或植物油的組成中。

  (六)空間技術與燃氣應用

  氫作為航空燃料的優點有很多,它不僅能滿足未來航空燃料的許多要求,最重要的是,氫燃料對環境不產生污染。

  用氫氣做燃料在許多方面比烴類燃料更優越,國外20世紀60年代開始研制用氫氣作為汽車燃料的問題,常規內燃機經少許修改就可用氫氣做燃料。

  日本對以液氫為燃料的超導磁懸浮列車進行了可行性研究。美國波音公司和劉易斯研究中心對液氫飛機作過可行性研究。可以預見,不久的將來必然以氫取代烴做燃料。

  用氫氣和氧氣可進行焊接或金屬、非金屬的熔化。氫氣在氧氣中燃燒的溫度可過3100K,氫通過電弧的火焰時分解成原子氫,原子氫可用于最難熔的金屬、高碳鋼、耐腐蝕材料、有色金屬等的熔融和焊接。用原子氫進行焊接的優點在于,氫原子束能防止焊接部位被氧化,使焊接的地方不產生氧化皮。

  氫作為能源,是未來發電、電動汽車用燃料電池的燃料。燃料電池是將氫燃料與氧化劑的化學能直接轉化為電能,轉化效率高,生成物為水,對環境無污染被譽為“零排放”,氫是人類未來的清潔能源。

  (七)其他應用

  (1)由于氫具有較高的導熱系數,在大型發電機組中經常用氫氣做冷卻劑。

  (2)在需要獲得超低溫的科學研究中,常用氫做制冷劑。

  (3)在氣相色譜分析中經常用氫氣做載氣。

  (4)由于氫密度低,還可以用于充填氣球和飛艇。

  (5)利用金屬氫化物吸氫放熱,脫氫吸熱的性質,可以建立熱泵循環或熱吸附壓縮機。

  安全使用

  氫氣是可燃易爆氣體,并且著火能低、擴散速度大,也是窒息性氣體,所以在使用氫氣時,除應嚴格遵守氫氣安全使用的規定外,主要應防止氫氣集聚形成爆炸混合氣和防止氫氣著火、回火等事故的發生。

  (1)為防止使用場所內氫氣的集聚,應采取良好的通風措施、即時的氫氣泄漏報警系統。

  (2)氫氣供應系統的設備、管路及其附件、閥門的選型、選材和施工驗收、維護管理都應做到準確、嚴格,使氫氣供應系統始終處于完好狀態,不得有泄漏現象發生。

  (3)應按規定檢查使用氫氣場所的電氣裝置(包括防靜電接地)的防爆措施、裝置接線(纜)的完好性,即時發現缺陷、即時正確處理。

  (4)應按規定檢測氫氣純度,使用場所內的氫氣濃度,即時發現超標或不合格,即時查明原因,即時處理、直至停止供氫進行檢查。

  (5)應按規定檢查氫氣供應系統的阻火器是否完好、阻火性能等,使之確保氫氣使用過程的安全性。


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