كيف يتم إنتاج الهيدروجين السائل？
1. كيف الحال يتم إنتاج الهيدروجين السائل?
إنتاج الهيدروجين بطريقة غاز الماء
استخدم الجمرة الخبيثة أو فحم الكوك كمادة خام للتفاعل مع بخار الماء عند درجة حرارة عالية للحصول على غاز الماء (C+H2O←CO+H2—حرارة). بعد التنقية، يتم تمريره من خلال محفز مع بخار الماء لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون (CO+H2O →CO2+H2) للحصول على غاز بمحتوى هيدروجين يزيد عن 80%، ثم ضغطه في الماء لإذابة ثاني أكسيد الكربون، ثم إزالة ثاني أكسيد الكربون المتبقي من خلال محلول يحتوي على فورمات النحاسوز (أو خلات النحاسوز التي تحتوي على الأمونيا). مقارنة بالهيدروجين النقي، هذه الطريقة لها تكلفة أقل لإنتاج الهيدروجين ولها نسبة كبيرة الإخراج والمزيد من المعدات. غالبًا ما تستخدم هذه الطريقة في مصانع تصنيع الأمونيا. يقوم البعض أيضًا بتصنيع الميثانول من ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين، ويستخدم عدد قليل من الأماكن هيدروجينًا أقل نقاءً بنسبة 80٪ من الهيدروجين، ويستخدم الغاز في الوقود السائل الاصطناعي. يتم استخدام هذه الطريقة غالبًا في مصنع بكين الكيميائي التجريبي ومصانع الأسمدة النيتروجينية الصغيرة في العديد من الأماكن.
إنتاج الهيدروجين من الغاز الاصطناعي والغاز الطبيعي من التكسير الحراري للنفط
ينتج المنتج الثانوي للتكسير الحراري للنفط كمية كبيرة من الهيدروجين، والذي يستخدم غالبًا في هدرجة البنزين، والهيدروجين الذي تحتاجه مصانع البتروكيماويات والأسمدة. يتم اعتماد هذه الطريقة لإنتاج الهيدروجين في العديد من دول العالم. تستخدم المصانع وقواعد البتروكيماويات في حقل بوهاي للنفط وما إلى ذلك هذه الطريقة لإنتاج الهيدروجين.
إنتاج غاز الهيدروجين المبرد بفرن فحم الكوك
تجميد وضغط غاز فرن فحم الكوك الذي تم استخلاصه مبدئيا لتسييل الغازات الأخرى وترك الهيدروجين. يتم استخدام هذه الطريقة في أماكن قليلة.
الهيدروجين منتج ثانوي للتحليل الكهربائي للمياه المالحة
في صناعة الكلور القلوي، يتم إنتاج كمية كبيرة من الهيدروجين النقي، والذي يستخدم لتخليق حمض الهيدروكلوريك، ويمكن أيضًا تنقيته لإنتاج الهيدروجين العادي أو الهيدروجين النقي. على سبيل المثال، الهيدروجين المستخدم في المصنع الكيميائي الثاني هو المنتج الثانوي للمحلول الملحي الإلكتروليتي.
المنتجات الثانوية لصناعة الجعة
عندما يتم استخدام الذرة لتخمير الأسيتون والبيوتانول، يمكن لأكثر من ثلث الهيدروجين الموجود في غاز النفايات في جهاز التخمير إنتاج هيدروجين عادي (أكثر من 97%) بعد التنقية المتكررة، ويمكن تبريد الهيدروجين العادي إلى أقل من -100 درجة مئوية بواسطة النيتروجين السائل. في أنبوب هلام السيليكا، يمكن إزالة الشوائب (مثل كمية صغيرة من N2) لإنتاج هيدروجين نقي (أكثر من 99.99%). على سبيل المثال، ينتج مصنع بكين للجعة هذا الهيدروجين كمنتج ثانوي، والذي يستخدم في حرق منتجات الكوارتز وفي الوحدات الخارجية.
2. كيف الحال الهيدروجين السائل النقل وما هي وسائل النقل
في الوقت الحاضر، تشمل طرق نقل الهيدروجين السائل بشكل رئيسي الأنواع التالية:
الأول هو تسليم شاحنة الصهريج. تستخدم هذه الطريقة شاحنات صهاريج مصممة خصيصًا لنقل الهيدروجين السائل من الشركة المصنعة إلى المصنع أو المحطة الخاصة بالمستخدم. عادةً ما يتم تصميم شاحنات الصهاريج بأغلفة معزولة متعددة الطبقات للحفاظ على درجة حرارة وضغط الهيدروجين السائل مستقرًا أثناء النقل. ومع ذلك، تتطلب هذه الطريقة تكلفة كبيرة لبناء الناقلة وتكون عرضة لعوامل مثل حوادث المرور وقيود المسافة.
والثاني هو تسليم خط الأنابيب. يعتمد هذا النهج على نظام أنابيب ضخم لتوصيل الهيدروجين السائل. يتم حقن الهيدروجين السائل في نظام خطوط الأنابيب بواسطة مصنع الإنتاج، ومن ثم يتم نقله إلى مصنع المستخدم أو محطة التزود بالوقود الهيدروجيني من خلال خطوط أنابيب تحت الأرض. يعد النقل عبر خطوط الأنابيب وسيلة اقتصادية وفعالة وآمنة لتلبية النقل عالي الكثافة لكميات كبيرة من الهيدروجين. ولكن في الوقت نفسه، يتطلب نقل خطوط الأنابيب إنشاء بنية تحتية واسعة النطاق، وهناك مخاطر معينة، لذلك يلزم إجراء أعمال إدارة وصيانة صارمة لضمان سلامتها.
والثالث هو النقل بالسفن. يمكن أيضًا نقل الهيدروجين السائل عن طريق البحر إلى مناطق مختلفة حول العالم. ونظرًا لانخفاض كثافة الهيدروجين السائل، يتطلب نقل السفن مرافق وتقنيات تخزين ونقل خاصة لضمان استقرار السفينة وسلامة الهيدروجين السائل. يمكن أن يلبي النقل بالسفن احتياجات النقل لمسافات طويلة لكمية كبيرة من الهيدروجين السائل، لكنه يتطلب تكاليف اقتصادية وفنية ضخمة، وامتثالًا صارمًا للوائح السلامة البحرية والاتفاقيات الدولية.
3. هل يصعب إنتاج الهيدروجين السائل؟
إنتاجه أصعب، وتكمن الصعوبة في النقاط التالية:
درجة حرارة التبريد منخفضة، وقدرة التبريد كبيرة، واستهلاك الطاقة للوحدة مرتفع؛
إن التحويل الجزئي للهيدروجين يجعل الشغل المطلوب لتسييل الهيدروجين أكبر بكثير من الميثان والنيتروجين والهيليوم والغازات الأخرى، وتمثل حرارة التحويل الجزئي للهيدروجين حوالي 16% من عمل التسييل المثالي؛
يؤدي التغير السريع للحرارة النوعية إلى زيادة سرعة الصوت للهيدروجين بسرعة مع زيادة درجة الحرارة. سرعة الصوت العالية هذه تجعل دوار موسع الهيدروجين يتحمل ضغطًا عاليًا، مما يجعل تصميم وتصنيع موسع الهيدروجين أمرًا صعبًا للغاية؛
عند درجة حرارة الهيدروجين السائل، تتجمد شوائب الغاز الأخرى باستثناء الهيليوم (خاصة الأكسجين الصلب)، مما قد يسد خط الأنابيب ويسبب انفجارًا.
4. ما هي الصناعات التطبيقية للهيدروجين السائل؟
عندما تكون هناك حاجة للهيدروجين، مثل الطيران والطيران والنقل والإلكترونيات والمعادن والصناعات الكيماوية والأغذية والزجاج وحتى أقسام الوقود المدنية، يمكن استخدام الهيدروجين السائل. ومن حيث الطب الهيدروجيني، يمكن للهيدروجين السائل الطبي أن يوفر الهيدروجين لآلات المياه الغنية بالهيدروجين، وأكواب الماء الغنية بالهيدروجين، وأجهزة امتصاص الهيدروجين في الأماكن الكبيرة. في الوقت الحاضر، مجال الهيدروجين السائل الأكثر استخدامًا في بلدي هو الفضاء الجوي.
تتجلى قيمة الهيدروجين السائل في مجال تخزين الهيدروجين بشكل رئيسي في الجوانب التالية. بادئ ذي بدء، يتطلب الهيدروجين السائل حجمًا أصغر من الهيدروجين الغازي العادي، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من أماكن التخزين وتكاليف النقل. ثانياً، يعتبر الهيدروجين السائل أنقى من حيث الجودة، على عكس الهيدروجين الغازي الذي سينتج عنه شوائب مثل الأكسجين والنيتروجين، مما سيؤثر على تأثير الاستخدام النهائي. كما أن تطوير الهيدروجين السائل في مجال تخزين ونقل الهيدروجين يفضي أيضًا إلى تحسين تصنيع الهيدروجين وتوسيع نطاق تطبيق الطاقة الهيدروجينية في العديد من المجالات.
