国内外氢气的生产和消费分析报告

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1、国内外氢气(H2)的生产和消费分析报告白雪松1 氢气的生产及利用概述1.1 氢气性质及技术指标1.1.1 氢气的性质氢气是无色无味的气体，密度0.0695g/cm3,相对分子量2.0158。能燃烧，并能与许多非金属和金属直接化合。在常温下不活泼，但在高温时或催化剂存在时则十分活泼。用于制造合成氨、盐酸、硬化油、合成甲醇、有机化合物加氢等工业，也用作金属矿的还原剂和作氢气球等。氢是公认的最洁净的燃料，也是重要的化工合成原料。但它不是一次能源，它是要从一次能源通过转换生产出来的能量载体。它又多以高压气态形式作为燃料或原料，在长距离输送分配方面

2、相对地存在着一定困难。因此，多数氢气用户建有制氢装置，而较小规模的用户则采用外购氢气或液氢(一般为钢瓶)。1.1.2 氢气的技术指标我国现行《氢气》国家标准经国家技术监督局批准发布并于1996年8月1日开始实施，定义纯度99.99%以下的氢气为工业氢，大于或等于99.99%的为纯氢，大于或等于99.999%的为高纯氢，大于或等于99.9999%的为超纯氢，各类氢气的技术指标见以下各表：表1工业氢标准项目指标优等品一级品合格品氢纯度10-2≥99.9099.5099.00氧含量10-2≤0.010.200.40氮含量10-2≤0.040.3

3、00.60氯     碱     水分露点/℃≤-43-- 游离水/(ml/瓶)≤-无100注：①中华人民共和国国家标准《工业氢》GB/T3634-1995②含量与纯度均为体积比③水电解氢不规定氯含量表2纯氢、高纯氢和超纯氢质量技术指标项目指标超纯氢高纯氢纯氢氢纯度10-2≥99.999999.99999.99氧含量10-6≤0.215氮含量10-6≤0.4560一氧化碳含量10-6≤0.115二氧化碳含量10-6≤0.115甲烷含量10-6≤0.2110水分10-6≤1.0330注：①中华人民共和国国家标准《纯氢、高纯氢和超纯氢》GB/

4、T3634-1995 1.2 氢气的贮存与运输通常，所有需要连续和大量使用氢气的地方，都是采用现场生产，就地使用，如果需要的话，其贮氢量也不会很大，一般采用中低压贮罐贮存，主要用于应急、缓冲或调峰，其运输方式不言而喻，均为管道输送。只有用氢量不大或不需要连续使用氢气的地方，才涉及到氢的贮运问题。氢的贮运有四种方式可供选择，即气态贮运、液态贮运、金属氢化物贮运和微球贮运。目前，实际应用的只有前三种，微球贮运方式尚在研究中。 (一)气态氢由于气态氢密度低，比容大，只有高压贮运才可能有效率。高压贮氢容器为普通钢瓶或管束式拖车。对用氢量少而分散的

5、众多用户，采用高压气体钢瓶贮运的形式是比较经济的。这种方式的特点是可以在恒定的压力下获得氢气，简单而迅速，且易于移动。气体压缩的经济性也很显著，如假定压缩效率为100%，所需的能量仅比压缩氢的低燃烧热值高5%。但这种方式仅能贮存和运输少量的氢气。高压气体钢瓶的使用温度范围为-50~60℃，中国常用的钢瓶容积多为40L(水容积)，工作压力多为15MPa。国外常用钢瓶多为50L(水容积)，典型工作压力范围15~40MPa，常用工作压力20MPa。我国充装氢气的钢瓶应符合GB5099的规定，高压氢气瓶颜色规定为：外表深绿色，字样为红色“氢”，当

6、额定工作压力为15MPa时不加色环，20MPa时，加黄色环一道，30MPa时，加黄色环二道。按有关规定，所有可燃气体钢瓶的阀门接口均应有别于惰性气体，为反丝(逆时针方向进)螺纹接口。用钢瓶贮运氢效率低，以水容积40L，质量50kg的钢瓶计，氢气充装压力15MPa时，约可贮存氢气0.485kg，贮氢质量不足钢瓶自身质量的1%。较大量的氢气允许在高压(16550kPa)管束式拖车中运输，在美国，管束式拖车设计容量为708~5100m3。将来，超大规模贮存气态氢的方法可以考虑利用枯竭的天然气气井作地下贮存。虽然按单位体积热值计的贮氢成本高于天然

7、气，但却可以借用现成的天然气管道系统来输送氢气。美国得克萨斯州休斯敦/阿瑟港地区正在使用的一条225km长的输氢管道就是这样的氢气贮存和输送系统。尽管氢的液化是一项成熟技术，但由于氢的一些特殊物理性质，如存在焦耳－汤姆逊转变温度，沸点低(20.4K)，液态正－仲自发转化放热等，使氢的液化成本高，且贮存和运输都有一定困难。要液化氢，首先得将氢预冷到焦耳－汤姆逊转变温度以下，然后经制冷循环获得液氢。贮存液氢时必须注意到氢液化时会生成两种变体：正氢和仲氢，其比例约为3∶1，氢液化时必须进行催化转化，将正氢转化为比较稳定的仲氢形式，直至平衡状态(

8、含99.8%的仲氢)。为避免液氢自发建立正－仲平衡时放出热量，并强烈地蒸发液氢，运输槽车或仓库中应装入仲氢含量高(>95%)的液氢。出于人类太空研究计划的需要，液氢的贮存和运输量逐渐增大。目前