液体水素はどうやって作られるの?

2023-06-27

1. どうですか 液体水素が生成される?

水性ガス法による水素製造


無煙炭またはコークスを原料として使用し、高温で水蒸気と反応させて水性ガス(C+H2O→CO+H2 - 熱)を取得します。精製後、水蒸気を触媒に通してCOをCO2に変換(CO+H2O→CO2+H2)し、水素含有量80%以上のガスを得た後、水に圧入してCO2を溶解し、残ったCOをギ酸第一銅(またはアンモニアを含む酢酸第一銅)を含む溶液で除去する方法です。純水素​​に比べて水素製造コストが安く、出力も大きく設備も多くなります。この方法はアンモニア合成プラントでよく使用されます。 CO と H2 からメタノールを合成するところもあります。また、いくつかの場所では、純度の低い水素 (80% が水素) を使用します。このガスは人工液体燃料に使用されます。この方法は、北京化学実験工場や各地の小規模窒素肥料工場でよく使用されています。

石油の熱分解による合成ガスおよび天然ガスからの水素製造


石油の熱分解の副産物として大量の水素が生成され、これはガソリンの水素化、石油化学工場や肥料工場で必要な水素の添加によく使用されます。この水素製造方法は世界の多くの国で採用されています。工場、渤海油田の石油化学基地などはすべてこの方法を使用して水素を製造しています。

コークス炉ガス冷蔵水素製造
あらかじめ取り出したコークス炉ガスを凍結・加圧し、他のガスを液化して水素を残します。この方法はいくつかの場所で使用されています。

塩水の電気分解で副生する水素
クロールアルカリ産業では、塩酸の合成に使用される純水素が大量に生産されますが、これを精製して通常の水素や純水素を生産することもできます。たとえば、第 2 化学プラントで使用される水素は電解塩水の副産物です。

醸造業の副産物
トウモロコシを使用してアセトンとブタノールを発酵させると、精製を繰り返すことで発酵槽の排ガス中の水素の1/3以上の通常の水素(97%以上)を生成することができ、この通常の水素を液体窒素で-100℃以下に冷却することができ、シリカゲル管内で不純物(少量のN2など)をさらに除去して純粋な水素(99.99%以上)を生成することができます。たとえば、北京ビール工場ではこの副生水素が生成され、石英製品の焼成や外部ユニットに使用されます。

2. どうですか 液体水素 輸送されますか、輸送手段は何ですか

現在、液体水素の輸送方法には主に次のような種類があります。
まずはタンクローリー配送です。この方法では、特別に設計されたタンクローリーを使用して、液体水素をメーカーからユーザーの工場またはステーションに輸送します。タンクローリーは通常、輸送中の液体水素の温度と圧力を安定に保つために多層断熱シェルで設計されています。しかし、この方法ではタンカーの建造に多額の費用がかかる上、交通事故や距離制限などの影響を受けやすい。
2つ目はパイプライン配信です。このアプローチは、巨大な液体水素配送パイプライン システムに基づいています。液体水素は製造工場からパイプラインシステムに注入され、地下パイプラインを通じてユーザーの工場または水素ステーションに輸送されます。パイプライン輸送は、大量の水素の高強度輸送に対応する経済的、効率的かつ安全な方法です。しかしその一方で、パイプライン輸送には大規模なインフラの建設が必要であり、一定のリスクも伴うため、安全性を確保するための厳格な管理・維持管理が求められます。
3つ目は船舶輸送です。液体水素は海上で世界中のさまざまな地域に輸送することもできます。液体水素は密度が低いため、船舶輸送には、船舶の安定性と液体水素の安全性を確保するための特別な保管および輸送施設と技術が必要です。船舶輸送は、大量の液体水素の長距離輸送ニーズを満たすことができますが、莫大な経済的および技術的コストと、海上安全規制および国際協定の厳格な遵守が必要です。

3. 液体水素の製造は難しいですか?

製造はさらに難しく、次の点に困難があります。
冷却温度が低く、冷却能力が大きく、エネルギー消費原単位が高い。

水素のオルトパラ変換により、水素の液化に必要な仕事はメタン、窒素、ヘリウム、その他のガスの仕事よりもはるかに大きくなり、オルトパラ変換熱は理想的な液化仕事の約 16% を占めます。

比熱の急激な変化により、温度の上昇とともに水素の音速が急激に増加します。この高い音速により、水素膨張機のローターに大きな応力がかかり、膨張機の設計と製造が非常に困難になります。

液体水素の温度では、ヘリウム以外の他のガス不純物(特に固体酸素)が固化しており、パイプラインを閉塞して爆発を引き起こす可能性があります。

4. 液体水素の応用産業は何ですか?

航空宇宙、航空、輸送、エレクトロニクス、冶金、化学工業、食品、ガラス、さらには民間燃料部門など、水素が必要な場所で液体水素を使用できます。水素医療においては、医療用液体水素は水素水製造機や水素水カップ、広い場所の水素吸収装置などに水素を供給することができます。現在、我が国で液体水素が最も広く使用されている分野は航空宇宙です。

水素貯蔵分野における液体水素の価値は、主に次のような側面で現れます。まず、液体水素は通常の気体水素に比べて必要な体積が少ないため、保管場所や輸送コストを大幅に削減できます。第二に、液体水素は、最終利用効果に影響を与える酸素や窒素などの不純物を生成する気体水素とは異なり、品質がより純粋です。水素の貯蔵および輸送の分野における液体水素の開発は、水素の工業化を改善し、多くの分野での水素エネルギーの応用範囲を拡大するのにも役立ちます。