איך מייצרים מימן נוזלי?
1. מה שלום מימן נוזלי שנוצר?
הפקת מימן בשיטת גז מים
השתמש באנתרציט או קוקה כחומר גלם כדי להגיב עם אדי מים בטמפרטורה גבוהה כדי להשיג גז מים (C+H2O→CO+H2—חום). לאחר הטיהור, הוא מועבר דרך זרז עם אדי מים כדי להמיר את ה-CO ל-CO2 (CO+H2O →CO2+H2) לקבלת גז עם תכולת מימן של יותר מ-80%, ולאחר מכן לחץ אותו למים כדי להמיס CO2, ולאחר מכן להסיר את ה-CO שנותר דרך תמיסה המכילה פורמט קופרוס (או קופרוס אצטט) המכיל אמוניה זו בעלות נמוכה יותר של מימן אצטט. מימן ו בעל תפוקה גדולה ועוד ציוד. שיטה זו משמשת לעתים קרובות במפעלי סינתזה של אמוניה. חלקם גם מסנתזים מתנול מ-CO ו-H2, ובכמה מקומות משתמשים בפחות מימן טהור עם 80% מימן. הגז משמש לדלק נוזלי מלאכותי. שיטה זו משמשת לעתים קרובות במפעל הניסויים הכימי של בייג'ינג ובמפעלי דשן חנקן קטנים במקומות רבים.
הפקת מימן מגז סינטטי וגז טבעי מפיצוח תרמי של נפט
תוצר הלוואי של פיצוח תרמי של נפט מייצר כמות גדולה של מימן, המשמש לעתים קרובות בהידרוגנציה של בנזין, מימן הנדרש על ידי מפעלי פטרוכימיה ודשנים. שיטה זו של ייצור מימן מאומצת במדינות רבות בעולם. מפעלים, בסיסים פטרוכימיים בשדה הנפט של בוהאי וכו' כולם משתמשים בשיטה זו להפקת מימן.
ייצור מימן בקירור בגז תנור קולה
הקפיאו והפעילו לחץ על גז תנור הקוק שהופק מראש כדי להנזל גזים אחרים ולהשאיר מימן. שיטה זו משמשת בכמה מקומות.
תוצר לוואי מימן של אלקטרוליזה של מי מלח
בתעשיית הכלור-אלקלי מייצרים כמות גדולה של מימן טהור, המשמש לסינתזה של חומצה הידרוכלורית, וניתן גם לטהר אותו לייצור מימן רגיל או מימן טהור. לדוגמה, המימן המשמש במפעל הכימי השני הוא תוצר הלוואי של תמלחת אלקטרוליטית.
תוצרי לוואי של תעשיית הבירה
כאשר משתמשים בתירס לתסיסת אצטון ובוטנול, יותר מ-1/3 מהמימן בגז הפסולת של התסיסה יכול לייצר מימן רגיל (מעל 97%) לאחר טיהור חוזר ונשנה, וניתן לקרר את המימן הרגיל עד מתחת ל-100 מעלות צלזיוס על ידי חנקן נוזלי בשפופרת סיליקה ג'ל, ניתן להסיר זיהומים (כגון כמות קטנה של מימן עד N2). 99.99%). לדוגמה, מבשלת בייג'ינג מייצרת מימן זה תוצר לוואי, המשמש לשריפת מוצרי קוורץ וליחידות חיצוניות.
2. מה שלום מימן נוזלי מובל ומהם דרכי התחבורה
כיום, שיטות ההובלה של מימן נוזלי כוללות בעיקר את הסוגים הבאים:
הראשון הוא משלוח משאית טנק. שיטה זו משתמשת במשאיות מיכליות שתוכננו במיוחד כדי להעביר מימן נוזלי מהיצרן למפעל או לתחנה של המשתמש. משאיות טנקים מעוצבות בדרך כלל עם מעטפות מבודדות רב-שכבתיות כדי לשמור על יציבות הטמפרטורה והלחץ של מימן נוזלי במהלך ההובלה. עם זאת, שיטה זו דורשת עלות רבה לבניית המכלית והיא פגיעה לגורמים כמו תאונות דרכים והגבלות מרחק.
השני הוא אספקת צינורות. גישה זו מבוססת על מערכת צינורות אספקת מימן נוזלי ענקית. מימן נוזלי מוזרק למערכת הצינורות על ידי מפעל הייצור, ולאחר מכן מועבר למפעל המשתמש או לתחנת תדלוק מימן דרך צינורות תת קרקעיים. הובלת צנרת היא דרך חסכונית, יעילה ובטוחה לעמוד בהובלה בעצימות גבוהה של כמויות גדולות של מימן. אך יחד עם זאת, הובלת צנרת מצריכה הקמה של תשתיות רחבות היקף, ויש סיכונים מסוימים, ולכן נדרשות עבודת ניהול ותחזוקה קפדנית על מנת להבטיח את בטיחותה.
השלישי הוא הובלת אוניות. מימן נוזלי יכול להיות מועבר גם דרך הים לאזורים שונים ברחבי העולם. בשל הצפיפות הנמוכה של מימן נוזלי, הובלת אוניות דורשת מתקני אחסון והובלה מיוחדים וטכנולוגיות על מנת להבטיח את יציבות הספינה ובטיחות המימן הנוזלי. הובלת ספינות יכולה לענות על צורכי הובלה למרחקים ארוכים של כמות גדולה של מימן נוזלי, אך היא דורשת עלויות כלכליות וטכניות אדירות, ועמידה קפדנית בתקנות הבטיחות הימית ובאמנות בינלאומיות.
3. האם קשה לייצר מימן נוזלי?
קשה יותר לייצר, והקושי טמון בנקודות הבאות:
טמפרטורת הקירור נמוכה, קיבולת הקירור גדולה וצריכת האנרגיה של היחידה גבוהה;
ההמרה האורתו-פארה של מימן הופכת את העבודה הנדרשת להנזלת מימן גדולה בהרבה מזו של מתאן, חנקן, הליום וגזים אחרים, והחום האורתו-פארה-המרה מהווה כ-16% מעבודת ההנזלה האידיאלית שלו;
השינוי המהיר של החום הסגולי גורם למהירות הקול של המימן לעלות במהירות עם עליית הטמפרטורה. מהירות צליל גבוהה זו גורמת לרוטור של מרחיב המימן לשאת מתח גבוה, מה שמקשה מאוד על התכנון והייצור של המרחיב;
בטמפרטורה של מימן נוזלי, זיהומי גז אחרים מלבד הליום התמצקו (במיוחד חמצן מוצק), מה שעלול לחסום את הצינור ולגרום לפיצוץ.
4. מהן תעשיות היישום של מימן נוזלי?
כאשר יש צורך במימן, כגון תעופה וחלל, תעופה, תחבורה, אלקטרוניקה, מתכות, תעשייה כימית, מזון, זכוכית ואפילו מחלקות דלק אזרחיות, ניתן להשתמש במימן נוזלי. במונחים של רפואת מימן, מימן נוזלי רפואי יכול לספק מימן למכונות מים עשירות במימן, לכוסות מים עשירות במימן ולהתקני ספיגת מימן במקומות גדולים. נכון לעכשיו, התחום הנפוץ ביותר של מימן נוזלי בארצי הוא תעופה וחלל.
ערכו של מימן נוזלי בתחום אגירת המימן בא לידי ביטוי בעיקר בהיבטים הבאים. קודם כל, מימן נוזלי דורש נפח קטן יותר ממימן גזי רגיל, מה שיכול להוזיל מאוד את מקומות האחסון ואת עלויות ההובלה. שנית, מימן נוזלי הוא טהור יותר באיכותו, בניגוד למימן גזי, שייצור זיהומים כמו חמצן וחנקן, שישפיעו על אפקט השימוש הסופי. הפיתוח של מימן נוזלי בתחום אחסון והובלת מימן תורם גם לשיפור תיעוש המימן ולהרחבת טווח היישום של אנרגיית מימן בתחומים רבים.
