Wie entsteht flüssiger Wasserstoff?
1. Wie ist flüssiger Wasserstoff erzeugt?
Wasserstoffproduktion durch Wassergasverfahren
Verwenden Sie Anthrazit oder Koks als Rohstoff, um bei hoher Temperatur mit Wasserdampf zu Wassergas zu reagieren (C+H2O→CO+H2 – Wärme). Nach der Reinigung wird es durch einen Katalysator mit Wasserdampf geleitet, um das CO in CO2 umzuwandeln (CO+H2O → CO2+H2), um ein Gas mit einem Wasserstoffgehalt von mehr als 80 % zu erhalten, und es dann in Wasser zu drücken, um CO2 aufzulösen, und dann das verbleibende CO durch eine Lösung zu entfernen, die Kupferformiat (oder Kupferacetat, das Ammoniak enthält) enthält. Im Vergleich zu reinem Wasserstoff verursacht diese Methode geringere Kosten für die Herstellung von Wasserstoff und hat eine große Leistung und mehr Ausrüstung. Dieses Verfahren wird häufig in Ammoniaksyntheseanlagen eingesetzt. Einige synthetisieren auch Methanol aus CO und H2, und einige Orte verwenden weniger reinen Wasserstoff mit 80 % Wasserstoff. Das Gas wird als künstlicher Flüssigbrennstoff verwendet. Diese Methode wird vielerorts häufig in der chemischen Versuchsanlage Peking und in kleinen Stickstoffdüngemittelanlagen eingesetzt.
Wasserstofferzeugung aus synthetischem Gas und Erdgas durch thermisches Cracken von Erdöl
Das Nebenprodukt des thermischen Crackens von Erdöl erzeugt eine große Menge Wasserstoff, der häufig bei der Hydrierung von Benzin verwendet wird, Wasserstoff, der in Petrochemie- und Düngemittelfabriken benötigt wird. Diese Methode der Wasserstoffproduktion wird in vielen Ländern der Welt übernommen. Anlagen, petrochemische Anlagen im Bohai-Ölfeld usw. nutzen alle diese Methode zur Herstellung von Wasserstoff.
Koksofengasgekühlte Wasserstoffproduktion
Das zuvor entnommene Koksofengas wird eingefroren und unter Druck gesetzt, um andere Gase zu verflüssigen und Wasserstoff zurückzulassen. Diese Methode wird an einigen Stellen verwendet.
Wasserstoffnebenprodukt der Elektrolyse von Salzwasser
In der Chlor-Alkali-Industrie wird eine große Menge reinen Wasserstoffs erzeugt, der für die Synthese von Salzsäure verwendet wird und der auch zu gewöhnlichem Wasserstoff oder reinem Wasserstoff gereinigt werden kann. Beispielsweise ist der in der zweiten Chemieanlage verwendete Wasserstoff das Nebenprodukt der Elektrolytsole.
Nebenprodukte der Brauindustrie
Wenn Mais zur Fermentation von Aceton und Butanol verwendet wird, kann nach wiederholter Reinigung mehr als ein Drittel des Wasserstoffs im Abgas des Fermenters gewöhnlichen Wasserstoff (über 97 %) erzeugen, und der gewöhnliche Wasserstoff kann durch flüssigen Stickstoff auf unter -100 °C abgekühlt werden. Im Silikagelrohr können Verunreinigungen (z. B. eine kleine Menge N2) weiter entfernt werden, um reinen Wasserstoff (mehr als 99,99 %) zu erzeugen. Beispielsweise produziert die Beijing Brewery dieses Nebenprodukt Wasserstoff, der zum Brennen von Quarzprodukten und für externe Einheiten verwendet wird.
2. Wie ist flüssiger Wasserstoff transportiert werden und welche Transportmittel es gibt
Derzeit umfassen die Transportmethoden für flüssigen Wasserstoff hauptsächlich die folgenden Arten:
Die erste ist die Lieferung per Tankwagen. Bei dieser Methode werden speziell entwickelte Tankwagen verwendet, um flüssigen Wasserstoff vom Hersteller zur Fabrik oder Station des Anwenders zu transportieren. Tankwagen sind in der Regel mit mehrschichtigen Isolierschalen ausgestattet, um die Temperatur und den Druck des flüssigen Wasserstoffs während des Transports stabil zu halten. Allerdings erfordert diese Methode hohe Kosten für den Bau des Tankers und ist anfällig für Faktoren wie Verkehrsunfälle und Entfernungsbeschränkungen.
Die zweite ist die Pipeline-Lieferung. Dieser Ansatz basiert auf einem riesigen Pipelinesystem für die Lieferung von flüssigem Wasserstoff. Flüssiger Wasserstoff wird von der Produktionsanlage in das Rohrleitungssystem eingespeist und dann über unterirdische Rohrleitungen zur Fabrik des Anwenders oder zur Wasserstofftankstelle transportiert. Der Pipelinetransport ist eine wirtschaftliche, effiziente und sichere Möglichkeit, den hochintensiven Transport großer Mengen Wasserstoff zu bewältigen. Gleichzeitig erfordert der Pipeline-Transport jedoch den Bau einer groß angelegten Infrastruktur und es bestehen bestimmte Risiken, sodass strenge Management- und Wartungsarbeiten erforderlich sind, um seine Sicherheit zu gewährleisten.
Der dritte ist der Schiffstransport. Flüssiger Wasserstoff kann auch auf dem Seeweg in verschiedene Regionen der Welt transportiert werden. Aufgrund der geringen Dichte von flüssigem Wasserstoff erfordert der Schiffstransport spezielle Lager- und Transporteinrichtungen und -technologien, um die Stabilität des Schiffes und die Sicherheit von flüssigem Wasserstoff zu gewährleisten. Der Schiffstransport kann den Langstreckentransportbedarf einer großen Menge flüssigen Wasserstoffs decken, erfordert jedoch enorme wirtschaftliche und technische Kosten sowie die strikte Einhaltung von Sicherheitsvorschriften für den Seeverkehr und internationalen Konventionen.
3. Ist flüssiger Wasserstoff schwierig herzustellen?
Es ist schwieriger zu produzieren und die Schwierigkeit liegt in folgenden Punkten:
Die Kühltemperatur ist niedrig, die Kühlleistung groß und der Energieverbrauch der Einheit hoch;
Durch die Ortho-Parakonversion von Wasserstoff ist die zur Verflüssigung von Wasserstoff erforderliche Arbeit weitaus größer als die von Methan, Stickstoff, Helium und anderen Gasen, und die Ortho-Parakonversionswärme macht etwa 16 % der idealen Verflüssigungsarbeit aus;
Die schnelle Änderung der spezifischen Wärme führt dazu, dass die Schallgeschwindigkeit von Wasserstoff mit zunehmender Temperatur schnell zunimmt. Aufgrund dieser hohen Schallgeschwindigkeit ist der Rotor des Wasserstoffexpanders einer hohen Belastung ausgesetzt, was die Konstruktion und Herstellung des Expanders sehr schwierig macht;
Bei der Temperatur von flüssigem Wasserstoff verfestigen sich neben Helium auch andere Gasverunreinigungen (insbesondere fester Sauerstoff), die die Rohrleitung verstopfen und eine Explosion verursachen können.
4. Welche Anwendungsbranchen gibt es für flüssigen Wasserstoff?
Wo Wasserstoff benötigt wird, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, im Transportwesen, in der Elektronik, in der Metallurgie, in der chemischen Industrie, in der Lebensmittel-, Glas- und sogar in zivilen Kraftstoffabteilungen, kann flüssiger Wasserstoff verwendet werden. Im Hinblick auf die Wasserstoffmedizin kann medizinischer flüssiger Wasserstoff an großen Orten Wasserstoff für wasserstoffreiche Wassermaschinen, wasserstoffreiche Wasserbecher und Wasserstoffabsorptionsgeräte liefern. Derzeit ist die Luft- und Raumfahrt das am weitesten verbreitete Feld für flüssigen Wasserstoff in meinem Land.
Der Wert von flüssigem Wasserstoff im Bereich der Wasserstoffspeicherung zeigt sich vor allem in den folgenden Aspekten. Erstens benötigt flüssiger Wasserstoff ein geringeres Volumen als gewöhnlicher gasförmiger Wasserstoff, was die Lagerplätze und Transportkosten erheblich reduzieren kann. Zweitens ist flüssiger Wasserstoff von reinerer Qualität als gasförmiger Wasserstoff, der Verunreinigungen wie Sauerstoff und Stickstoff erzeugt, die sich auf den endgültigen Verwendungseffekt auswirken. Die Entwicklung von flüssigem Wasserstoff im Bereich der Wasserstoffspeicherung und -transport trägt auch dazu bei, die Industrialisierung von Wasserstoff zu verbessern und den Anwendungsbereich der Wasserstoffenergie in vielen Bereichen zu erweitern.
