jak powstaje ciekły wodór？
1. Jak jest wytwarzany ciekły wodór?
Produkcja wodoru metodą wodno-gazową
Jako surowiec należy zastosować antracyt lub koks, który reaguje z parą wodną w wysokiej temperaturze w celu uzyskania gazu wodnego (C+H2O → CO+H2 – ciepło). Po oczyszczeniu przepuszcza się go przez katalizator z parą wodną w celu przekształcenia CO w CO2 (CO+H2O →CO2+H2) w celu uzyskania gazu o zawartości wodoru powyżej 80%, a następnie wtłacza go do wody w celu rozpuszczenia CO2, a następnie usuwa pozostały CO poprzez roztwór zawierający mrówczan miedziawy (lub octan miedziawy zawierający amoniak). W porównaniu z czystym wodorem metoda ta charakteryzuje się niższymi kosztami produkcji wodoru i ma duża wydajność i więcej wyposażenia. Metoda ta jest często stosowana w zakładach syntezy amoniaku. Niektórzy syntetyzują także metanol z CO i H2, a w kilku miejscach stosuje się wodór mniej czysty, zawierający 80% wodoru. Gaz wykorzystuje się do produkcji sztucznego paliwa ciekłego. Metoda ta jest często stosowana w Chemicznych Zakładach Doświadczalnych w Pekinie i w wielu miejscach w małych zakładach produkujących nawozy azotowe.
Produkcja wodoru z gazu syntetycznego i gazu ziemnego w wyniku termicznego krakingu ropy naftowej
Produktem ubocznym krakingu termicznego ropy naftowej są duże ilości wodoru, który często wykorzystywany jest do uwodornienia benzyny, wodoru potrzebnego w zakładach petrochemicznych i nawozowych. Ta metoda produkcji wodoru jest przyjęta w wielu krajach świata. Zakłady, bazy petrochemiczne na polu naftowym Bohai itp. wykorzystują tę metodę do produkcji wodoru.
Produkcja wodoru chłodzonego gazem koksowniczym
Zamroź i zwiększ ciśnienie gaz koksowniczy, który został wstępnie wyekstrahowany w celu skroplenia innych gazów i pozostawienia wodoru. Ta metoda jest stosowana w kilku miejscach.
Wodór, produkt uboczny elektrolizy słonej wody
W przemyśle chloro-alkalicznym wytwarza się duże ilości czystego wodoru, który wykorzystuje się do syntezy kwasu solnego, ale można go również oczyścić w celu wytworzenia wodoru zwykłego lub czystego. Na przykład wodór stosowany w drugim zakładzie chemicznym jest produktem ubocznym solanki elektrolitycznej.
Produkty uboczne przemysłu piwowarskiego
Gdy kukurydza jest używana do fermentacji acetonu i butanolu, ponad 1/3 wodoru w gazach odlotowych z fermentora może po wielokrotnym oczyszczaniu wytworzyć zwykły wodór (ponad 97%), a zwykły wodór można schłodzić do temperatury poniżej -100°C za pomocą ciekłego azotu. W rurce z żelem krzemionkowym zanieczyszczenia (takie jak niewielka ilość N2) można dalej usunąć, aby wytworzyć czysty wodór (ponad 99,99%). Na przykład browar w Pekinie produkuje ten będący produktem ubocznym wodór, który wykorzystuje się do wypalania wyrobów kwarcowych oraz do jednostek zewnętrznych.
2. Jak jest ciekły wodór przewożone i jakie są rodzaje transportu
Obecnie metody transportu ciekłego wodoru obejmują głównie następujące typy:
Pierwszym z nich jest dostawa cysternami. Metoda ta wykorzystuje specjalnie zaprojektowane cysterny do transportu ciekłego wodoru od producenta do fabryki lub stacji użytkownika. Cysterny są zwykle projektowane z wielowarstwowymi izolowanymi skorupami, aby utrzymać stabilną temperaturę i ciśnienie ciekłego wodoru podczas transportu. Jednakże metoda ta wymaga dużych kosztów budowy cysterny i jest podatna na czynniki takie jak wypadki drogowe i ograniczenia odległości.
Drugi to dostawa rurociągowa. Podejście to opiera się na ogromnym systemie rurociągów dostarczających ciekły wodór. Ciekły wodór wtryskiwany jest do sieci rurociągów przez zakład produkcyjny, a następnie podziemnymi rurociągami transportowany jest do fabryki użytkownika lub stacji tankowania wodoru. Transport rurociągowy jest ekonomicznym, wydajnym i bezpiecznym sposobem na sprostanie intensywnemu transportowi dużych ilości wodoru. Ale jednocześnie transport rurociągami wymaga budowy infrastruktury na dużą skalę i istnieje pewne ryzyko, dlatego w celu zapewnienia jego bezpieczeństwa wymagane są rygorystyczne prace związane z zarządzaniem i konserwacją.
Trzeci to transport morski. Ciekły wodór można transportować także drogą morską do różnych regionów świata. Ze względu na małą gęstość ciekłego wodoru transport statkiem wymaga specjalnych obiektów i technologii do przechowywania i transportu, zapewniających stabilność statku i bezpieczeństwo ciekłego wodoru. Transport statkiem może zaspokoić potrzeby transportu dużych ilości ciekłego wodoru na duże odległości, wymaga jednak ogromnych kosztów ekonomicznych i technicznych oraz ścisłego przestrzegania przepisów bezpieczeństwa morskiego i konwencji międzynarodowych.
3. Czy produkcja ciekłego wodoru jest trudna?
Jest trudniejszy w produkcji, a trudność polega na następujących punktach:
Temperatura chłodzenia jest niska, wydajność chłodzenia jest duża, a zużycie energii przez jednostkę wysokie;
Orto-parakonwersja wodoru powoduje, że praca wymagana do skroplenia wodoru jest znacznie większa niż w przypadku metanu, azotu, helu i innych gazów, a ciepło orto-parakonwersji stanowi około 16% jego idealnej pracy upłynniania;
Gwałtowna zmiana ciepła właściwego powoduje, że prędkość dźwięku wodoru gwałtownie rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Ta duża prędkość dźwięku powoduje, że wirnik rozprężacza wodoru wytrzymuje duże naprężenia, co sprawia, że projektowanie i wytwarzanie rozprężacza jest bardzo trudne;
W temperaturze ciekłego wodoru inne zanieczyszczenia gazowe oprócz helu ulegają zestaleniu (zwłaszcza tlenowi w postaci stałej), co może zablokować rurociąg i spowodować eksplozję.
4. Jakie są branże zastosowań ciekłego wodoru?
Tam, gdzie potrzebny jest wodór, np. w przemyśle lotniczym, lotniczym, transportowym, elektronicznym, metalurgicznym, chemicznym, spożywczym, szklarskim, a nawet cywilnych wydziałach paliwowych, można zastosować ciekły wodór. Jeśli chodzi o medycynę wodorową, ciekły wodór medyczny może dostarczać wodór do maszyn wodnych bogatych w wodór, kubków na wodę bogatych w wodór i urządzeń absorpcyjnych wodoru w dużych miejscach. Obecnie najszerzej stosowaną dziedziną ciekłego wodoru w moim kraju jest przemysł lotniczy.
Wartość ciekłego wodoru w zakresie jego magazynowania przejawia się głównie w następujących aspektach. Przede wszystkim wodór ciekły wymaga mniejszej objętości niż zwykły wodór gazowy, co może znacznie zmniejszyć miejsca magazynowania i koszty transportu. Po drugie, ciekły wodór jest czystszy pod względem jakości, w przeciwieństwie do wodoru gazowego, który będzie wytwarzał zanieczyszczenia, takie jak tlen i azot, co będzie miało wpływ na końcowy efekt użytkowania. Rozwój ciekłego wodoru w obszarze jego magazynowania i transportu sprzyja także poprawie industrializacji wodoru i poszerzeniu zakresu zastosowań energii wodorowej w wielu dziedzinach.
