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一、氢气介绍
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2020/5/9 22:47:48 阅读:38次 【字体:
 
 

一、氢气介绍

1.1氢气简介

氢是主要的工业原料,也是最重要的工业气体和特种气体,在电力,电子、石油、化工、冶金、冶炼、食品、玻璃、精细有机合成、航空、航天等方面有着广泛的应用。

同时,氢也是一种理想的二次能源(二次能源是指必须由一种初级能源如太阳能、煤炭等来制取的能源)。

工业氢气符号H.质量数1.它是氢的主要成分.

氢在自然界中存在的同位素有:

氕(piē)

(氢1,H)氕(P)原子核内回有1个质子,无中子,丰度为99.98%;

氘(dāo)(氢2,重氢,D)

氢的同位素,其原子量为普通轻氢的二倍

氘(D)(又叫重氢)原子核内有1个质子,1个中子,丰度0.016%;

氚(chuān)(氢3,超重氢,)

氚(T)(又叫超重氢),氢的放射性同位素,原子量为普通氢的三倍

原子核内有1个质子,2个中子,丰度0.004%。
所形成的水的化学容式为:
H2O D2O T2O式量分别为18、20、22

氢气发现:

  1766年由卡文迪许(H.Cavendish)在英国发现。

  在化学史上,人们把氢元素的发现与“发现和证明了水是氢和氧的化合物而非元素”这两项重大成就,主要归功于英国化学家和物理学家卡文迪许(Cavendish,H.1731-1810)。

1766年卡文迪许向英国皇家学会提交了一篇研究报告《人造空气实验》,讲了他用铁、锌等与稀硫酸、稀盐酸作用制得“易燃空气”(即氢气),并用普利斯特里发明的排水集气法把它收集起来,进行研究。他发现一定量的某种金属分别与足量的各种酸作用,所产生的这种气体的量是固定的,与酸的种类、浓度都无关。他还发现氢气与空气混合后点燃会发生爆炸;又发现氢气与氧气化合生成水,从而认识到这种气体和其它已知的各种气体都不同。

  1782年,拉瓦锡重复了他们的实验,并用红热的枪筒分解了水蒸汽,明确提出正确的结论:水不是元素而是氢和氧的化合物,纠正了两千多年来把水当做元素的错误概念。1787年,他把过去称作“易燃空气”的这种气体命名为“Hydrogen”(氢),意思是“产生水的”,并确认它是一种元素。 

1.2氢气理化性

1.2.1氢气的物理性质

① 氢气是自然界中分布最广的一种元素,在地球上主要以化合物存在。在海面大气、大气上层、火山爆发出来的气体和石油井上喷出的气体中有极少量的游离氢。水中含有11%、泥土中含有约1.5%的氢,氢资源极丰富,可说是取之不尽,用之不竭。氢有轻氢、重氢和超重氢,自然界的全部氢气中,轻氢占99.984%。

② 氢气是无色、无味、无臭、无毒的可燃性气体,是人们不容易发现的窒性气体。

③ 氢气的分子量2.0158,是最轻的一种气体物质,比重仅0.0898g/cm3.氢气的沸点-252.78℃,熔点为-259.24℃,液氢是无透明的液体,比重0.07g/cm3。固态氢是雪状固体。氢在各种液体中溶解甚微。

④ 氢气是粘度最小,导热系数最高的气体.容积比热为0.313Kcal/℃m3

⑤ 氢气的渗透性和扩散性很强(扩散系数0.63cm3/s,是甲烷的3倍.它能渗透到金属晶格中去,使金属变脆,工程上称氢脆腐蚀,所以大于300℃用材时要用不锈钢,在常温下能透过橡皮,但不能透过玻璃。

⑥ 氢气有着火燃烧,爆炸性能,燃烧温度高达3000℃.燃烧值比汽油高几倍.

⑦ 氢气的着火能很小,只有20微焦耳,化纤摩擦的静电比氢气的着火能还要大几倍.所以氢气生产使用中要防止静电积聚,管内氢气流速要小于许可值,管内要洁净,不能有铁属因流动产生火源.

⑧ 氢气火焰传播速度快(2.75m/s),灭火距离小,只有0.06cm,比甲烷气还小4倍.

1.2.2、氢气的化学性质

①燃烧性: 2 H2+O2    燃烧 2 H2O△

一定比例的H2、O2燃烧温度高达3400K有可利用性和危害特性。

特别注意:   氢气与空气、氢气与氧气混合物的爆炸极限:

氢气与空气混合物爆炸范围:  H2  ——4~75%

                            空气——96~5%

氢气与氧气混合物爆炸范围:  H2——4—95%

                            O2——96~5%

②能与其他非金属作用H2+F2      2HF  (氢氟酸)

                      H2+Cl2     2HCl (盐酸)

                     3H2+N2       

 ③能与金属作用:     2Na+H2     2NaOH

                     Ca+H2       CaH2

④还原性:在高温下氢能从许多化合物中夺取氧、磷、硫、氮、氯、碳等化合物还原,作为还原剂。

              CuO+H2     Cu+H2O (生产纯铜)

            W2O3+H2       W+3H2O (生产纯钨或钼)

           Co3O4+4H2       3Co+4H2O  (生产钴)

           SiCl2+2H2        Si+4HCl  (生产硅)

⑤保护性:通常与氮气 混用,隔绝空气作保护气,在还原炉,轧钢,浮法玻璃,电子,半导体工业上广泛应用。

⑥加成反应性:可对木糖,葡萄糖,山梨糖等有机糖进行加氢反应,生成化工原料,食品原料的糖醇。

1.3氢气的安全性

1.3.1氢气无色无味,又兼具易燃易爆的特性,我们无法通过嗅觉或者肉眼发现空气中的氢气,

就目前氢能最普遍的用途之一燃料电池汽车而言,当氢气被储存在密封的罐子里,并为我们的汽车供能时,如果一旦遇到撞击或者其他意外情况,是否会发生氢气泄露,从而导致发生爆炸?

1.3.2 爆炸三要素

可燃气体发生爆炸必须具备一定的条件:

有一定氧化性气氛的可燃气体,在有限的空间内,有足够的能量。这就是爆炸三要素,缺一不可.

1.3.3科学家们将氢气、天然气、煤气、汽油等一些可燃性物质的特性做了一个数字方面的对比,氢气在易燃易爆方面的“优势”并不明显,在着火温度方面明显低于汽油,着火时产生的能量更是低于所有参与对比的可燃性物质。而氢气的密度却仅为空气的7%,与汽油、丙烷和甲烷等相比,在空气中有着更大的浮力,更容易迅速上升,其扩散性和快速挥发性也明显高于其他易燃气体。

 

由于氢气爆炸要求浓度高,在爆炸前一般就已经开始燃烧,反而很难爆炸。而且氢气重量轻,溢出系统的氢气着火后会迅速向上升起,反而一定程度上保护了车身和乘客。因此,在空气中很难聚集高浓度的氢,如果发生泄漏,氢气将迅速扩散挥发,不易形成可爆炸的气雾,特别是在开放环境中,很容易逃逸,而不会像汽油挥发后滞留在空气中不易疏散。

实际当中,氢气易泄漏更多的是通过燃料管线、阀门、高压储罐上出现的微小裂缝。通过对燃料运输系统的合理设计,可以避免采用厚度很薄的材料。

1.3.4车辆面对事故和极端情况还安全吗? 

国内外著名的燃料电池车厂商都针对储氢瓶的安全性在各类条件下做了多方面实践测试,多角度的展示了在现在氢气储备和使用技术下氢能的安全性是十分有保障的。

储氢瓶子弹贯穿试验:用子弹打穿35MPa储氢瓶的45秒照片,当储氢瓶被子弹击穿时没有发生氢气爆炸,当子弹击穿储氢瓶时氢气是向上喷射,氢气喷射的速度极快,整瓶氢气通过一个子弹孔45秒就排放完成。

储氢瓶火烧试验:将储氢瓶进行火烧,氢气燃烧前一秒火焰最大,一秒之后火焰骤降,基本5-15秒后火焰熄灭,最重要的一点,即便是火烧氢瓶,储氢瓶依旧没有出现爆炸。

储氢瓶泄漏点火试验:美国迈阿密大学的Swain博士也做过一个著名的试验,选择一台普通汽油车以及一台氢燃料电池汽车,进行泄漏点火试验。点火3秒后,高压氢气产生的火焰直喷上方,汽油则从汽车的下部着火;到1分钟时,用氢气作燃料的汽车只有漏出的氢气在燃烧,汽车没有大问题,而汽油车则早已成为大火球,完全烧光。所以氢气易挥发的性质,使得氢气燃料电池车与普通汽油车相比,不像汽油会在地面淤积,危险性可持续达数个小时,氢只需几秒钟就能消散不见,更有利于汽车的安全。

1.3.5守“格”—氢能标准

《礼记》曰:“言有物而行有格也”。“格”是标准,是界限。安全的坚守,离不开“格”。标准化是产业规范化、规模化发展的基础和前提。据统计,国际标准化组织(ISO)已发布氢能领域国际标准28项,国际电工委员会(IEC)已发布燃料电池国际标准16项,而中国的国家标准达到了80项,行业标准约40项 。

1.3.6事实上,每一种能源在被人类发现和使用的初期,都存在着一定的风险性,而随着人们对其熟悉、习惯的过程,慢慢适应和掌握了其特点,这些能源就变成了人们的好帮手。氢能也是如此,要认识到事物的本质,让产业化和商业化的过程中,既要有“格”、又要守“格”,加强检测与监管,让公众信服、让行业坚守,才是最好的安全保障

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13812683169 2020-05-05
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