액체수소는 어떻게 생산되나요?
1. 어때요? 액체수소 생산?
수성가스법에 의한 수소생산
무연탄이나 코크스를 원료로 하여 고온에서 수증기와 반응하여 수성가스(C+H2O→CO+H2-열)를 얻습니다. 정제 후 수증기가 있는 촉매를 통과시켜 CO를 CO2로 변환(CO+H2O →CO2+H2)하여 수소 함량이 80% 이상인 가스를 얻은 후 이를 물에 압입하여 CO2를 용해시킨 후 남은 CO를 제1구리(또는 암모니아를 함유한 아세트산 제1구리) 함유 용액을 통해 제거하는 방식으로 순수 수소에 비해 수소 생산 비용이 저렴하고, 더 큰 출력과 더 많은 장비. 이 방법은 암모니아 합성 공장에서 자주 사용됩니다. CO와 H2로부터 메탄올을 합성하는 곳도 있고, 80%의 수소로 덜 순수한 수소를 사용하는 곳도 있다. 가스는 인공 액체 연료로 사용된다. 이 방법은 베이징 화학 실험 공장과 여러 곳의 소규모 질소 비료 공장에서 자주 사용됩니다.
합성가스로부터 수소를 생산하고, 석유의 열분해를 통해 천연가스를 생산
석유의 열분해 부산물은 다량의 수소를 생산하는데, 이는 휘발유의 수소화에 자주 사용되며, 석유화학 및 비료 공장에서 요구되는 수소입니다. 이 수소 생산 방법은 세계 여러 나라에서 채택되고 있습니다. 발해 유전의 공장, 석유화학 기지 등은 모두 이 방법을 사용하여 수소를 생산합니다.
코크스 오븐 가스 냉동 수소 생산
1차 추출한 코크스로 가스를 동결, 가압하여 다른 가스를 액화시키고 수소를 남겨둡니다. 이 방법은 몇몇 곳에서 사용됩니다.
소금물의 전기분해로 인한 수소 부산물
염소-알칼리 산업에서는 다량의 순수 수소가 생산되는데, 이는 염산 합성에 사용되며, 이를 정제하여 일반 수소나 순수 수소를 생산할 수도 있습니다. 예를 들어 제2화학공장에서 사용되는 수소는 전해염수의 부산물이다.
양조 산업의 부산물
옥수수를 이용하여 아세톤과 부탄올을 발효시키면 발효조 폐가스 중의 수소 중 1/3 이상이 정제를 반복하면 일반수소(97% 이상)를 생산할 수 있으며, 일반수소는 액체질소에 의해 -100℃ 이하로 냉각시킬 수 있으며, 실리카겔관에서 불순물(소량의 N2 등)을 추가로 제거하여 순수수소(99.99% 이상)를 생산할 수 있다. 예를 들어, 베이징 양조장은 석영 제품 소성 및 외부 장치에 사용되는 부산물 수소를 생산합니다.
2. 어때요? 액체수소 운송되고 운송 모드는 무엇입니까?
현재 액체수소의 운송 방법에는 주로 다음과 같은 유형이 포함됩니다.
첫 번째는 탱크 트럭 배송입니다. 이 방법은 특별히 설계된 탱크 트럭을 사용하여 액체 수소를 제조업체에서 사용자의 공장이나 스테이션으로 운반하는 것입니다. 탱크 트럭은 일반적으로 운송 중에 액체 수소의 온도와 압력을 안정적으로 유지하기 위해 다층 절연 쉘로 설계됩니다. 그러나 이 방법은 유조선 건조에 많은 비용이 들고, 교통사고, 거리 제한 등의 요인에 취약하다.
두 번째는 파이프라인 전달입니다. 이 접근 방식은 거대한 액체 수소 전달 파이프라인 시스템을 기반으로 합니다. 액화수소는 생산공장에서 파이프라인 시스템으로 주입된 후 지하 파이프라인을 통해 사용자의 공장이나 수소충전소로 운반됩니다. 파이프라인 운송은 대량의 수소의 고강도 운송을 충족하는 경제적이고 효율적이며 안전한 방법입니다. 그러나 동시에 파이프라인 운송에는 대규모 인프라 건설이 필요하고 특정 위험이 있으므로 안전을 보장하기 위해 엄격한 관리 및 유지 관리 작업이 필요합니다.
세 번째는 선박운송이다. 액체수소는 해상을 통해 전 세계 다양한 지역으로 운송될 수도 있습니다. 액화수소는 밀도가 낮기 때문에 선박운송은 선박의 안정성과 액화수소의 안전성을 확보하기 위해 특별한 저장 및 운송시설과 기술이 필요하다. 선박운송은 대량의 액체수소의 장거리 운송 수요를 충족시킬 수 있지만, 막대한 경제적, 기술적 비용이 필요하고 해상 안전 규정 및 국제 협약을 엄격히 준수해야 합니다.
3. 액체수소는 생산이 어려운가요?
생산하기가 더 어렵고 어려움은 다음과 같은 점에 있습니다.
냉각 온도가 낮고 냉각 용량이 크며 단위 에너지 소비가 높습니다.
수소의 직교역변환은 수소를 액화하는 데 필요한 작업을 메탄, 질소, 헬륨 및 기타 가스의 작업보다 훨씬 더 크게 만들고, 직교역변환 열은 이상적인 액화 작업의 약 16%를 차지합니다.
비열의 급격한 변화로 인해 온도가 증가함에 따라 수소의 음속이 급격히 증가합니다. 이러한 높은 음속은 수소 팽창기의 로터가 높은 응력을 받게 하여 팽창기의 설계 및 제조를 매우 어렵게 만듭니다.
액체수소의 온도에서는 헬륨을 제외한 다른 가스 불순물(특히 고체산소)이 고화되어 배관을 막고 폭발을 일으킬 수 있습니다.
4. 액체수소의 응용산업은 무엇입니까?
항공우주, 항공, 운송, 전자, 야금, 화학 산업, 식품, 유리, 민간 연료 부서 등 수소가 필요한 곳에서는 액체 수소를 사용할 수 있습니다. 수소 의학 측면에서 의료용 액체수소는 수소가 풍부한 정수기, 수소가 풍부한 물컵, 넓은 장소의 수소 흡수 장치에 수소를 공급할 수 있습니다. 현재 우리나라에서 가장 널리 사용되는 액체수소 분야는 항공우주 분야입니다.
수소저장 분야에서 액체수소의 가치는 주로 다음과 같은 측면에서 나타난다. 우선, 액체수소는 일반 기체수소에 비해 필요한 부피가 작아 보관 장소와 운송 비용을 크게 줄일 수 있다. 둘째, 액체 수소는 산소 및 질소와 같은 불순물을 생성하여 최종 사용 효과에 영향을 미치는 기체 수소와 달리 품질이 더 순수합니다. 수소 저장 및 수송 분야에서 액화수소를 개발하는 것은 수소의 산업화를 촉진하고 수소 에너지의 다양한 분야 활용 범위를 확대하는 데에도 도움이 됩니다.
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