液氢技术与装备

魏蔚，胡忠军，严岩 等 著
责任编辑：袁海燕
书号:978-7-122-43467-8
定价：158.00元    

本书主要介绍与液氢相关的技术与装备，全面覆盖液氢产业链中的生产、储运、应用、安全管理等环节，通过技术方案分析、关键装备选型以及典型应用场景介绍，完整展现了液氢产业链在全球的技术发展现状和未来发展趋势，帮助相关科研、工程技术人员全面了解液氢产业链上下游可能涉及的技术及装备特点。
主要面向从事液氢技术研究和装备开发的科研、工程技术人员，从事液氢产业链战略分析、投资调研的技术分析人员等，也可作为高等院校低温工程和氢能等专业本科生及研究生的参考书。

《液氢技术与装备》一书，由清华大学毛宗强教授作序推荐，江苏国富氢能公司联合创始人魏蔚领衔，中国科学院理化所胡忠军、东南大学严岩等联合编著，三位主要编著者均具有工学博士学位和高级职称，在氢能技术、低温技术与液氢装备领域从事科研和工程实践超过15年，主持或主要参与过国家级、省部级重大研发课题，并将科研技术成果成功应用到航天火箭推进剂发射和液氢装备商业化应用中。
编写团队全面覆盖液氢技术与装备行业涉及的教学、科研、产品设计制造和第三方检测等领域。承蒙广大读者期待，现正式出版发行！
液氢技术的起源
把氢气降温到-253℃（约20K）左右可获得低温液态氢。液氢技术发展已经有120多年的历史，液氢和液氧组成的燃料是火箭发射最高效的推进剂，具有最高的比推力。液氢火箭发动机技术已经成功地被美、俄、中、法、日等航天大国所掌握。随着工业革命和氢能经济的发展，以美国为代表的发达国家，液氢的利用已经从航天领域扩展到民用工业、交通和能源等领域。
液氢技术的发展
液氢具有最高的储氢密度和储运效率，同时保持了超纯氢的品质，使得氢气的大规模储运、高效储能和更广泛的应用成为可能。液氢不仅仅是发射火箭的推进剂，更是重要的能源燃料和工业原料，在海上运输国际贸易和绿色交通运输终端都扮演了重要的角色。
氢气与天然气的相同点在于不仅仅是能源，同时还是化学工业和制造业的重要原料。可以预见，低温液化是氢气大规模应用下的技术趋势。
液氢的温度已经远低于空气液化和凝固的温度，使得氢的液化、储运技术和安全生产、使用管理等全产业链环节与传统的液氮、液氧和液化天然气有着较大的区别和更高的技术难度；氢的活性使得液氢环境下的材料不仅要耐受低温，还要耐受氢的还原性、渗透性等特点。
液氢技术的未来
为了获得更高的储氢密度，同时减少液氢的汽化损失、提高经济性，在液氢技术基础上衍生出深冷高压储氢技术和浆氢技术，这些技术是终端设备氢能利用领域的先进技术发展方向。
大规模电解水制绿氢技术的商业化，使得可再生能源产生的电力可以获得更加广泛的应用。在大力发展可再生能源利用和节能减排实现碳达峰/碳中和的未来过程中，绿氢液化及其相关的技术与装备，在氢能产业链将会承担重要的作用。


# 目录预览 #

第1章氢的主要特性与获得方法/1
1.1氢的主要物理化学特性/1
1.1.1氢和液氢概述/1
1.1.2氢的同位素/2
1.1.3正氢和仲氢/3
1.1.4氢的热物理性质/3
1.1.5氢进入金属及氢脆的影响/5
1.2氢的大规模制取/8
1.2.1化石能源制氢与工业副产氢/8
1.2.2可再生能源电解水制氢/16
1.2.3生物质制氢/24
1.3制氢新技术及其特点/27
参考文献/28

第2章氢液化技术与装备/32
2.1氢气液化工艺流程/32
2.1.1液氢技术概述/32
2.1.2JT节流液化循环/34
2.1.3氢膨胀机预冷的氢液化循环/38
2.1.4氢直接膨胀液化流程的典型应用案例/40
2.1.5氦制冷的氢液化系统/43
2.1.6不同氢液化循环的单位能耗对比/44
2.1.7氢液化流程研究进展/46
2.2透平膨胀技术及装备/48
2.2.1透平膨胀技术及系统控制/48
2.2.2氦透平膨胀机/52
2.2.3氢透平膨胀机/60
2.2.4气体轴承/68
2.3低温换热技术及装备/71
2.3.1低温换热器/71
2.3.2液氢真空冷箱/76
2.3.3正仲氢催化技术/85
2.4氢气纯化/91
2.4.1氢气纯化必要性和技术指标/91
2.4.2物理方法与吸附剂/92
2.4.3低温吸附与分离/93
2.4.4化学方法与催化剂/94
2.4.5氢气纯化工艺流程/95
2.5氢液化装置的结构特点与运行/96
2.5.1低温阀门与附件/96
2.5.2液氢管路/99
2.5.3检测仪表/100
2.5.4液氢涡轮泵/103
2.5.5氢液化装置的运行/104
参考文献/106

第3章液氢的绝热与真空技术/108
3.1低温传热与绝热机理/108
3.2液氢设备的绝热方法与使用条件/109
3.2.1堆积绝热与低真空绝热/109
3.2.2高真空多层绝热/110
3.2.3高真空多屏绝热/117
3.2.4液氢过程设备的真空绝热技术/117
3.3液氢设备的真空获得与维持技术/121
3.3.1真空获得与真空检测/121
3.3.2真空寿命与真空维持/123
3.3.3液氢容器绝热系统的阻燃性设计/124
参考文献/125

第4章液氢环境用材料/127
4.1金属材料/127
4.1.1化学成分对金属材料低温力学性能的影响/127
4.1.2液氢火箭发射系统用金属材料的研究/129
4.1.3液氢容器用奥氏体不锈钢性能研究/133
4.2非金属材料/135
4.2.1常用非金属材料及其用途/135
4.2.2纤维增强复合材料在液氢支撑元件中的应用/139
4.2.3纤维增强复合材料的其他应用/145
4.3材料的检验与检测/145
4.3.1金属材料的检验与检测/145
4.3.2非金属材料的检验与检测/148
参考文献/149

第5章液氢的储存与运输/150
5.1固定式液氢储存技术与设备/150
5.1.1液氢杜瓦瓶/150
5.1.2液氢储罐/153
5.1.3液氢球罐/157
5.1.4液氢接收站/160
5.2移动式液氢储运技术与设备/163
5.2.1液氢罐式集装箱与多式联运/164
5.2.2液氢公路罐车与铁路罐车/166
5.2.3液氢运输船/169
参考文献/172

第6章液氢储氢型加氢技术与装备/174
6.1液氢储氢型加氢技术概述/174
6.1.1车载储氢特点和加注需求/174
6.1.2车载储氢密度与发展趋势/174
6.1.3加氢基础设施要求和液氢加氢的优越性/175
6.2液氢储氢型加氢站技术/177
6.2.1加注高压氢气的液氢加氢站/177
6.2.2面向高压加氢的运营成本分析优化/179
6.2.3面向液氢加注的工艺流程/180
6.3面向高压氢气加注的液氢泵/181
6.3.1高压液氢活塞泵概述/181
6.3.2高压液氢活塞泵结构组成/182
6.3.3高压液氢活塞泵关键指标/184
6.3.4高压液氢活塞泵关键技术/185
6.4加氢机与加氢枪/187
6.4.1加氢机/187
6.4.2加氢枪/187
6.5用于液氢加注的往复式液氢泵/190
6.5.1液氢加注发展现状/190
6.5.2往复式液氢泵/191
6.5.3往复式液氢泵的应用/196
参考文献/197

第7章交通运输终端氢能储供技术与装备/200
7.1液氢储供氢技术与装备/200
7.1.1交通运输车辆/200
7.1.2轨道交通装备/202
7.1.3液氢无人机/203
7.1.4液氢动力船舶/206
7.2深冷高压储供氢技术与装备/208
7.2.1深冷高压储氢技术与装备/208
7.2.2深冷高压供氢技术与装备/212
7.2.3深冷高压氢加注技术与装备/214
参考文献/216

第8章液氢安全技术与管理/218
8.1液氢的危险特性/218
8.1.1液氢对人体的危害/218
8.1.2液氢相关的安全事故/218
8.1.3液氢的燃烧爆炸风险/220
8.2液氢生产和应用时的静电危险/221
8.2.1液氢产生静电的几种形式/222
8.2.2常用的防静电措施/222
8.3液氢安全操作规程/223
8.3.1液氢生产与使用操作/223
8.3.2液氢的转注操作/224
8.3.3液氢的泄漏处理方法/225
8.4液氢装备设计与现场布置要求/226
8.4.1液氢生产系统的配置/226
8.4.2管道及其附件的设计安装/226
8.4.3低温阀门的保养管理/227
8.4.4液氢储存方面的考虑/227
8.4.5氢气排放的要求/227
8.4.6辅助设施/228
参考文献/230

第9章浆氢技术与应用/232
9.1浆氢概述/232
9.1.1浆氢和胶氢/232
9.1.2浆氢的热物理性质/233
9.2浆氢的生产/235
9.2.1冻结融化法生产浆氢/235
9.2.2喷淋法生产浆氢/236
9.2.3氦冷却法生产浆氢/236
9.2.4螺旋推进法生产浆氢/237
9.2.5磁制冷法生产浆氢/238
9.2.6浆氢生产方法的比较/239
9.2.7浆氢生产装置/241
9.3浆氢的测量/242
9.3.1浆氢的密度测量/242
9.3.2浆氢的液位测量/243
9.3.3浆氢的流量测量/243
9.4浆氢的储运/243
9.4.1浆氢的储存/243
9.4.2浆氢的输送/244
9.5浆氢的应用/245
9.5.1浆氢在火箭推进剂中的应用/245
9.5.2浆氢在超导储能电力系统中的应用/247
9.5.3浆氢在燃料电池交通工具中的应用/248
参考文献/249

附录氢的基本热物理性质/250
附表1氢的基本性质/250
附图1氢的密度随温度与压力变化图/250
附图2氢的定压比热容随温度与压力变化图/251
附表2标准氢的热物性参数/251
附表3氢在不同压力下的热物性参数/252