氢气的性质特点和展望

 

   氢是宇宙中分布最广泛的物质，约占宇宙质量的75%。氢能即氢的化学能，是通过氢气和氧气反应所产生的能量。地球上的氢主要以化合态形式存在，氢为地球上最丰富的元素之一。氢能具有清洁、高效等特点，受到各国学术界、企业界和政府的高度关注。

 

氢能的性质和特点

   随着化石燃料逐渐减少，人们在不断寻找储量丰富的新的“含能体能源”。氢气具优良的性能，是一种理想的新“含能体能源”，越来越受到人们的关注。

 

    一、氢气燃烧性能良好，且安全无毒。氢气空气混合时可燃范围大，具有良好的燃烧性能，而且燃烧速度快。同时氢气燃烧时主要生成水和少量氨气，不会产生诸如一氧化碳、碳氢化合物等，与其他燃料相比更清洁。

 

   二、氢气导热性能、发热值高。氢气的导热系数高出一般气体导热系数的10倍左右，是良好的传热载体。氢的发热值为142，351kJ/kg，是汽油发热值的3倍，比化石燃料、化工燃料和生物燃料的发热值都高。利用氢能高发热值的特点，已有较长的历史，比如在切割、焊接以及有机玻璃制品火焰抛光等方面均有此应用。

 

氢能获取方法

   两百年前，人们就开始关注氢能的应用。20世纪70年代以来，许多国家和地区广泛开展氢能研究。20世纪60年代初，我国在液氢及燃料电池用于火箭燃料方面，做了大量工作。20世纪70年代开始加大了对氢能的应用。

 

   氢气作为一种重要的工业气体，依据原料、能量来源、设备和成本情况，以及对氢气纯度和用量等方面的要求，可有以下几种制备方式：

 

  1.水煤气转化法。将水蒸气通过炽热的焦炭层制得水煤气，然后将水煤气跟水蒸气混合，以氧化铁为催化剂，使水煤气中的CO转化为CO2，二氧气化碳溶于水，通过加压水洗即得到较纯净的氢气。这种方法制氢产量大，成本相对较低，设备较多，在合成氨厂多用此法。

 

  2.电解法制备氢气。将直流电通过铂电极（或其它惰性材料）通入水中，在阴极可以得到氢气，纯度高达99.5~99.8%，氯碱工业电解饱和食盐水制氯气和烧碱时，也可同时得到副产品氢气。该方法成本较高，但产品纯度大，像北京电子管厂（京东方前身）等就用水电解法制氢，在工业中常用于电子、仪器工业生产中的还原剂、保护气等。

 

  3.烃类蒸气转化法。碳氢化合物在高温和催化剂的作用下与水蒸气作用，可以得到主要含氢气和一氧化碳的一种混合气体，例如：用分子筛吸附法或水煤气转化法除去CO，可得到纯净的氢气。天然气、油田气和炼厂气（石油炼制厂的副产气体）等都可用烃类裂解法和烃类蒸气转化法得到氢气。

 

  4.烃类裂解法。碳氢化合物经过高温裂解，裂解气中含有大量氢气，再经过低温冷冻系统，可得到90%的氢气。比如由石油热裂副产的氢气，产量较大，常用于汽油加氢，这种制氢方法在世界上很多国家都采用。

　

   在工业生产中，氢气常作为一种副产物存在，加以提纯处理后也可作为工业生产的来源之一。比如：焦炉煤气制氢。焦炉煤气是焦炉干馏煤时产生的挥发性气体，其中氢气含量高达55%-60%，充分运用焦化厂副产焦炉煤气制氢可有效降低制氢成本，延伸了焦化行业产业链，同时也符合工业绿色低碳发展要求。此外，电解食盐水的氯碱工业中也副产大量较纯氢气；酿造工业中用玉米发酵丙酮、丁醇时，发酵罐的废气中有1/3以上的氢气，经多次提纯后可生产普氢（97%以上）。

 

氢能的应用、存在问题及展望

   氢能源在交通、工业、建筑等领域的应用，可丰富能源构成。在交通领域中，用氢燃料电池给汽车提供动力，能够解决空气污染、噪音污染和CO2排放带来的全球气候变暖等环境问题。在工业领域中，氢气一直是最重要的原材料之一，并且通过氢的使用可以使精炼等行业达到基本无碳排放。到目前为止，氢的制造和使用都局限在工业领域中，主要用途是作为化工行业的原材料。在建筑领域中，运用氢能微型热电联产机组技术可以极大地提高能源利用效率，建设节能环保型建筑。

 

氢能作为最受关注的新“含能体能源”，目前在推广应用中主要存在以下问题：

 

   一是现阶段制备氢气没有摆脱对化石能源的依赖，且制备过程不但需要消耗大量的能量，而且目前制氢效率较低。开发廉价的制氢技术，是各国科学家共同关心的问题，也是氢能大规模推广应用的制约条件。

 

   二是缺少安全可靠的贮存和运输氢的方法。由于氢易气化、着火、爆炸，如何将制备的氢能安全可靠的与用户有效连接，也是氢能推广应用的制约条件。

 

   氢能的开发方向首先应立足前阶段，将工业副产品中的氢加以综合利用。比如焦炉煤气制氢，我国焦炉煤气资源丰富，炼焦企业广泛分布在我国内地31个省份的28个省，全国焦化企业有2000多家。2013年我国焦炭产量47635万吨，外供焦炉煤气产量约为550亿立方米/年，外供焦炉煤气中的氢量约为330亿立方米/年。

 

   其次是着眼未来，通过分散的二次能源制氢。比如用太阳能来制氢，目前太阳能热分解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等，已处于研究阶段，但还有大量的理论问题和工程技术问题要解决。

 

 

 

   广东醇氢新能源研究院有限公司是甲醇制氢设备与技术的专业供应商，产品氢气主要应用于：粉末冶金、金属冶炼、新能源、燃料电池、化工、多晶硅、工业气体、电子、制药、浮法玻璃、食品加氢、军工、航天、环保等领域。

 

 

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