Hidrogênio e nitrogênio são combinados diretamente para gerar amônia sob um catalisador metálico e certas condições de temperatura e pressão. A amônia sintética é atualmente a segunda maior aplicação de hidrogênio, depois das refinarias. O catalisador mais utilizado é à base de ferro e modificado por K2O, CaO, SiO2 e Al2O3. O gás misturado geralmente passa através de quatro leitos de catalisador e é resfriado entre cada leito de resfriamento para manter uma constante de equilíbrio de reação razoável. Apenas cerca de 15% do gás é convertido em amônia cada vez que passa através de um leito catalítico: a amônia líquida é removida e o gás que não reagiu é reciclado através do compressor. Nas fábricas modernas, a taxa de conversão total pode chegar a mais de 97%. Uma fábrica de 1.000 toneladas/dia de amoníaco sintético requer 336 m3 de hidrogénio para cada tonelada de amoníaco produzido. O principal custo da produção em larga escala de amoníaco sintético depende do custo do hidrogénio.

O metanol pode ser produzido a partir do gás de síntese (monóxido de carbono e hidrogênio) em um reator de leito fixo com um catalisador de partículas de alumina revestido com óxidos de cobre e zinco. O metanol também pode ser produzido pela combinação direta de hidrogênio e dióxido de carbono. Neste processo, o hidrogénio e o dióxido de carbono são bombeados para a câmara selada do vaso reaccional que contém o catalisador e aquecidos a 180-250°C. A conversão máxima de dióxido de carbono em metanol é de aproximadamente 24%. O dióxido de carbono e o hidrogênio não convertidos são recuperados e devolvidos ao navio. Uma planta de metanol com capacidade de 2.500 toneladas/dia requer aproximadamente 560m3 de hidrogênio para cada tonelada de metanol produzida.

1. No processo de refino de petróleo, o hidrogênio é usado principalmente para hidrodessulfurização de nafta, hidrodessulfurização de gasóleo, hidrodessulfurização de óleo combustível, melhorando a altura sem chama do combustível de aeronaves e hidrocraqueamento;

2. O hidrocraqueamento é um processo de craqueamento catalítico realizado na presença de hidrogênio. As principais características da reação são a quebra das ligações CC, baixa velocidade espacial e grande quantidade de hidrogênio utilizado. Na indústria petroquímica, o hidrogênio é usado principalmente para hidrogenação de frações C3, hidrogenação de gasolina, hidrodesalquilação de frações C6-C8 e produção de ciclohexano.

1. Remova impurezas como sulfetos, compostos de nitrogênio, chumbo e arsênico na nafta.

2. A pressão operacional da hidrodessulfurização da fração diesel e da fração pesada é de 3-4MPa e a temperatura é de 340-380°C. A hidrodessulfurização do óleo combustível se deve principalmente a requisitos de proteção ambiental, pois 95% da poluição do ar é causada pelo SO2 liberado quando o óleo combustível é queimado. A hidrodessulfurização consome muito hidrogênio, portanto a dessulfurização direta ou indireta pode ser utilizada no processo.

3. A hidrogenação seletiva é usada principalmente para produtos de craqueamento em alta temperatura. A hidrogenação em fase gasosa é usada para a fração de etileno, e a hidrogenação em fase líquida é usada para a fração de propileno. A fração de gasolina é rica em diolefinas, olefinas e hidrocarbonetos aromáticos. Esses compostos estão em contato com o ar. Colóides serão produzidos durante o processo, portanto a hidrogenação deve ser realizada para converter compostos instáveis ​​em produtos estáveis.

O processo de hidrogenação para remover compostos prejudiciais Além de sulfeto de hidrogênio, mercaptanos e enxofre total, alcinos, alcenos, metais e metalóides podem ser removidos durante o processo de hidrogenação. Portanto, no processamento petroquímico moderno, o uso da tecnologia de hidrogenação pode melhorar a qualidade dos produtos petroquímicos e aumentar a produção dos produtos petroquímicos mais valiosos. Reduzir a geração de resíduos de petróleo pesado e alcatrão, reduzir a quantidade de depósitos de carbono e melhorar a eficiência de. plantas de processamento de petróleo. Com sua adaptabilidade, muitos produtos petroquímicos valiosos podem ser obtidos a partir de resíduos de processamento de petróleo, purificando uma série de produtos e removendo impurezas prejudiciais. O hidrogênio é o purificador e agente de reticulação mais comum para produtos modernos da indústria petroquímica e pode melhorar a capacidade de produção de unidades de craqueamento em grande escala.

No campo da indústria petroquímica, o hidrogênio e o monóxido de carbono podem ser usados ​​para reagir para sintetizar uma variedade de compostos orgânicos, como a síntese de etilenoglicol, a síntese de polimetileno (polimetileno), a reação de homologação de álcoois, a reação com insaturados hidrocarbonetos para produzir aldeídos, etc. Vários hidrocarbonetos podem ser sintetizados usando o método Fischer-Tropsch, incluindo combustíveis para motores e uma série de compostos orgânicos únicos valiosos, como parafina sólida, compostos oxigenados, etc.

1. Produção de álcoois a partir de aldeídos, produção de alcenos a partir de alcinos, produção de benzeno por desalquilação de tolueno, produção de anilina por hidrogenação de nitrobenzeno, produção de naftaleno hidrogenado a partir de naftaleno, etc.

2. Diisocianato de difenilmetileno (MDI), diisocianato de tolueno (TDI), ácido adípico, álcoois graxos, etc. usados ​​na indústria química leve, todos requerem processos de hidrogenação catalítica.

"No crescimento de cristais de materiais eletrônicos e na preparação de substratos, processos de oxidação, processos epitaxiais e tecnologia de deposição química de vapor (CVD), o hidrogênio deve ser usado como gás de reação, gás redutor ou gás de proteção.

Processo de oxidação: Quando usado para síntese e oxidação de hidrogênio-oxigênio, o hidrogênio de alta pureza e o oxigênio de alta pureza são passados ​​​​em um tubo de quartzo sob pressão normal, fazendo com que queimem a uma determinada temperatura para gerar vapor de água de alta pureza. reage com o silício para gerar membrana de SiO2 de alta qualidade.

No processo epitaxial, o tetracloreto de silício ou triclorossilano reage com o hidrogênio na superfície do substrato de silício aquecido para reduzir o silício e depositá-lo no substrato de silício para formar uma camada epitaxial.

Tecnologia de deposição química de vapor (CVD): Um método que utiliza um ou vários compostos ou elementos em fase gasosa contendo elementos de película fina para realizar uma reação química na superfície de um substrato para formar uma película fina. A deposição química de vapor é uma nova tecnologia desenvolvida nas últimas décadas para a preparação de materiais inorgânicos. A deposição química de vapor tem sido amplamente utilizada para purificar substâncias, desenvolver novos cristais e depositar vários materiais de película fina inorgânicos monocristalinos, policristalinos ou vítreos. Esses materiais podem ser óxidos, sulfetos, nitretos, carbonetos ou compostos interelementares binários ou multielementos nos grupos III-V, II-IV, IV-VI, e suas funções físicas podem ser passadas através da fase gasosa. é precisamente controlado. "

A preparação do polissilício na indústria eletrônica requer o uso de hidrogênio. Quando o silício usa cloreto de hidrogênio para gerar triclorossilano SiHCl3, ele é separado por meio de um processo de fracionamento. O triclorossilano purificado usa um processo de redução em alta temperatura para reduzir e depositar SiHCl3 de alta pureza em uma atmosfera de H2 para gerar polissilício. Sua reação química SiHCl3 H2→Si HCl atinge a pureza exigida pelos semicondutores.

No processo de produção de materiais e dispositivos elétricos de vácuo, como tungstênio e molibdênio, o pó de óxido é reduzido com hidrogênio e depois processado em fios e tiras. Se a pureza do hidrogênio utilizado for maior, o teor de água é menor e a temperatura de redução. for menor, mais fino será o pó de tungstênio e molibdênio obtido.

Os requisitos de pureza do gás de enchimento para vários tubos de elétrons cheios de gás, como tiristores de hidrogênio, tubos de íons, tubos de laser, etc., são superiores a 99,99%.

A produção de circuitos integrados semicondutores requer uma pureza de gás extremamente alta. Por exemplo, a concentração permitida de impurezas de oxigênio é. A “incorporação” de vestígios de impurezas alterará as características da superfície dos semicondutores e até reduzirá o rendimento do produto ou causará sucata.

O hidrogênio de alta pureza também é necessário na fabricação de células solares de silício amorfo. O semicondutor de filme fino de silício amorfo é um novo material que foi desenvolvido com sucesso internacionalmente nos últimos dez anos e mostrou perspectivas atraentes de aplicação na conversão de energia solar e tecnologia da informação.

A aplicação e desenvolvimento da fibra óptica é um dos símbolos importantes da nova revolução tecnológica. A fibra de vidro de quartzo é o principal tipo de fibra óptica. Durante o processo de fabricação, é necessário utilizar aquecimento por chama de hidrogênio-oxigênio e dezenas de deposições para. determinar a pureza e a limpeza do hidrogênio. Todos têm demandas muito altas.

Os gases amplamente utilizados na indústria do vidro são hidrogênio, acetileno, oxigênio e nitrogênio. Há líquido de estanho fundido no equipamento formador de vidro float. Ele é facilmente oxidado e gera óxido de estanho, fazendo com que o vidro fique manchado com estanho e aumentando o consumo de estanho. Portanto, o banho de estanho precisa ser selado e o hidrogênio puro deve ser. fornecido continuamente. O gás misturado com nitrogênio mantém a pressão positiva e reduz a atmosfera no tanque para proteger o líquido de estanho da oxidação. O consumo de hidrogénio nas fábricas de vidro float depende da escala de produção, geralmente entre 80-150m3/h.

“As emissões de carbono causadas pela indústria siderúrgica representam cerca de 18% das emissões totais de carbono do meu país.

A siderurgia a hidrogênio utiliza o hidrogênio como agente redutor em vez do carbono, reduzindo assim as emissões de carbono provenientes da redução de carbono. Destina-se ao processo de siderurgia no processo de produção de aço, ou seja, à siderurgia de alto-forno no processo longo e à redução direta da siderurgia no processo. o processo curto, além de eliminar as emissões de carbono da reação de redução, também pode eliminar as emissões de carbono do processo de coqueificação do carvão. De acordo com a fórmula química da reação de redução de carbono com ferro, o carbono do agente redutor necessário para reduzir 1 mol de ferro é 1,5-3 mol (dependendo da proporção de participação de redução direta e redução indireta de acordo com a proporção de massa molar de ferro). , carbono e dióxido de carbono de 56:12:44, é produzido As emissões de dióxido de carbono produzidas pela reação de redução de carbono de 1 tonelada de ferro são de 0,59 toneladas, mais 0,1 toneladas de emissões de carbono de coque no processo longo, o que equivale a o longo processo, teoricamente, reduzindo as emissões de carbono em cerca de 0,69-1,28 toneladas, uma redução de 34-62%.

A fundição rica em hidrogênio em alto-forno e o forno de cuba à base de gás rico em hidrogênio são as duas principais direções para o desenvolvimento da metalurgia do hidrogênio em meu país. Em comparação com a tradicional "metalurgia do carbono", a metalurgia do hidrogênio pode reduzir as emissões de dióxido de carbono em até 85%. . A hidrogenação da indústria siderúrgica contribuirá enormemente para a redução das emissões de carbono.

O enriquecimento de hidrogênio do alto-forno significa injetar substâncias com maior teor de hidrogênio no alto-forno, como hidrogênio puro, gás natural, gás de coqueria e outros gases ricos em hidrogênio, para substituir parte da redução de carbono e reduzir as emissões de carbono. O enriquecimento de hidrogênio do forno de cuba à base de gás significa aumentar a proporção de hidrogênio no gás redutor na base de gás. "

"O hidrogênio é usado principalmente como gás redutor para reduzir óxidos metálicos a metais.

O hidrogênio é usado comercialmente para extrair tungstênio de minérios (volframita, scheelita e volframita). Também pode ser usado para produzir cobre a partir de chertita e chertita (óxido de cobre, CuO). "

Ao forjar alguns equipamentos metálicos em altas temperaturas, o hidrogênio é frequentemente usado como gás protetor para evitar que o metal seja oxidado.

“O hidrogênio é usado para converter gorduras insaturadas em óleos e gorduras saturadas. Por exemplo, a indústria alimentícia usa hidrogênio para produzir óleos vegetais hidrogenados, como margarina e manteiga.

Muitos óleos comestíveis naturais apresentam um alto grau de insaturação. Após a hidrogenação, o produto resultante é estável para armazenamento e resiste ao crescimento de bactérias e aumenta a viscosidade do óleo.

Os produtos de óleo comestível hidrogenado podem ser processados ​​em margarina e proteína comestível. "

A hidrogenação de óleos não comestíveis pode produzir matérias-primas para a produção de sabonetes e rações para gado. O processo envolve a utilização de hidrogênio e ácidos insaturados (ácido oleico, ácido linoléico, etc.) no glicerol para introduzir hidrogênio na composição de gorduras líquidas ou vegetais. óleos.

Ele pode atender a muitos requisitos para o futuro combustível de aviação. O mais importante é que a combustão do hidrogênio basicamente não cause poluição ao meio ambiente. Numa base unitária de massa, o valor calorífico de combustão do hidrogénio (119900-141900kJ/kg) é 1,8 vezes maior do que o valor calorífico de combustão dos combustíveis hidrocarbonetos. Propelentes compostos de hidrogênio líquido e oxigênio líquido possuem alto empuxo específico.

O hidrogênio libera uma grande quantidade de calor ao reagir com o oxigênio, e a temperatura de combustão pode chegar a 3100K. Quando o hidrogênio passa pela chama do arco, ele se decompõe em hidrogênio atômico. O hidrogênio atômico gerado voa para a superfície de soldagem e o metal é ainda mais aquecido. e derretido absorvendo o calor do hidrogênio atômico. A temperatura da superfície de soldagem do metal chega a 3800-4300K. Este hidrogênio atômico pode ser usado para derreter e soldar a maioria dos metais refratários, aços com alto teor de carbono, materiais resistentes à corrosão, metais não ferrosos, etc. A vantagem de usar hidrogênio atômico para soldagem é que o feixe atômico de hidrogênio pode evitar que a peça de soldagem seja oxidada, de modo que nenhuma incrustação de óxido seja produzida no local de soldagem.

"Como o hidrogênio tem uma alta condutividade térmica, o hidrogênio é frequentemente usado como refrigerante de rotor em grandes grupos geradores.

Como o hidrogênio é um gás com ponto de ebulição extremamente baixo, exceto o hélio, o hidrogênio líquido pode obter uma temperatura baixa de 14-15K quando evaporado no vácuo. Portanto, o hidrogênio é frequentemente usado como refrigerante em pesquisas científicas que requerem temperaturas ultrabaixas. "

A soldagem atômica com hidrogênio (AHW) é um processo de soldagem a arco entre dois eletrodos metálicos de tungstênio em uma atmosfera protetora de hidrogênio. Pode ser usado para soldar metais refratários e tungstênio.

O hidrogênio é um dos gases que pode ser usado como fase transportadora na cromatografia gasosa para separar substâncias voláteis.

Devido à sua baixa densidade, o hidrogênio pode ser usado para encher balões meteorológicos e dirigíveis de alta altitude.

"O campo dos transportes é o cenário de aplicação mais importante da energia do hidrogênio. Os veículos com células de combustível de hidrogênio são o ponto de entrada e o ponto-chave para a promoção e aplicação da energia do hidrogênio no campo dos transportes nesta fase. No curto prazo, automóveis de passageiros e médios e os veículos logísticos leves serão o ponto de entrada e, no médio e longo prazo, a energia do hidrogênio será o ponto de entrada. Os caminhões pesados ​​de combustível são o corpo principal.

Os veículos com células de combustível são adequados para transporte pesado e de longa distância e são mais competitivos em mercados com requisitos de alta quilometragem e grande capacidade de carga.

A direção de desenvolvimento futuro são caminhões pesados, veículos de transporte de passageiros de longa distância, etc. Os veículos com célula de combustível têm mais vantagens de custo no mercado de transporte, com autonomia de cruzeiro de mais de 650 quilômetros. Como os automóveis de passageiros e os autocarros urbanos têm frequentemente autonomias mais curtas, os veículos eléctricos puros têm vantagens. Os veículos com células de combustível superam os problemas de longos tempos de reposição de energia e baixa adaptabilidade a ambientes de baixa temperatura, melhoram a eficiência operacional e complementam os cenários de aplicação de veículos elétricos puros. "

“A navegação interior e a navegação costeira podem ser electrificadas através da tecnologia de células de combustível de hidrogénio, e a navegação marítima pode ser descarbonizada através de novos combustíveis, como os biocombustíveis ou a síntese de hidrogénio com zero carbono a partir de amoníaco.

Algumas empresas e instituições no meu país iniciaram o desenvolvimento de navios movidos a hidrogénio com base no avanço da energia doméstica do hidrogénio e da tecnologia das células de combustível. Nesta fase, os navios movidos a hidrogénio são normalmente utilizados em lagos, rios interiores, offshore e outros cenários, como energia principal para navios pequenos ou como energia auxiliar para navios de grande porte. Grandes navios movidos a hidrogénio, como navios de engenharia offshore, navios ro-ro offshore e super iates, são a tendência de desenvolvimento futuro. "

"A energia do hidrogénio oferece a possibilidade para a aviação de baixo carbono. A energia do hidrogénio pode reduzir a dependência da indústria da aviação do petróleo bruto e reduzir as emissões de gases com efeito de estufa e de gases nocivos. Em comparação com a energia fóssil, as células de combustível podem reduzir as emissões de carbono em 75%-90%. Direta a combustão de hidrogénio em motores de turbina a gás pode reduzir as emissões de carbono em 50%-75%, e os combustíveis sintéticos podem reduzir as emissões de carbono em 30%-60%.

As aeronaves movidas a hidrogénio podem tornar-se uma solução de redução de carbono para a aviação de curta e média distância. "

“A aplicação da energia do hidrogênio no campo do transporte ferroviário consiste principalmente na combinação com células de combustível para formar um sistema de energia para substituir o tradicional motor de combustão interna. A vantagem dos trens movidos a hidrogênio é que não há necessidade de modificar a ferrovia existente trilhos, o trem é abastecido com hidrogênio por meio de uma bomba e o ruído é baixo, zero emissões de carbono.

"Os postos de abastecimento de hidrogénio são o elo central na utilização e desenvolvimento da energia do hidrogénio. São locais especializados para o reabastecimento de veículos com células de combustível. Como elo central que serve a aplicação comercial do transporte da energia do hidrogénio, são uma infra-estrutura importante para o desenvolvimento do hidrogénio indústria energética.

O hidrogênio de diferentes fontes é pressurizado por um compressor de hidrogênio, armazenado em um tanque de armazenamento de alta pressão e, em seguida, preenchido com hidrogênio para veículos com célula de combustível de hidrogênio por meio de uma máquina de enchimento de hidrogênio. Sendo um elo muito crítico na estratégia energética do hidrogénio, as estações de reabastecimento de hidrogénio irradiam as áreas circundantes com as suas reservas de combustível de hidrogénio, permitindo que os veículos reabasteçam a energia em tempo útil e formando um bom ciclo para promover o desenvolvimento de células de combustível.

Com a premissa de garantir a segurança, novos modelos, como estações de reabastecimento de hidrogénio que integram a produção, armazenamento e reabastecimento de hidrogénio, também estão a ser ativamente explorados. O "Plano de Médio e Longo Prazo para o Desenvolvimento da Indústria de Energia de Hidrogénio (2021-2035)" incentiva plenamente. utilização A vantagem do baixo custo de produção da produção de hidrogênio no local promove a produção distribuída e a utilização próxima da energia do hidrogênio. "

O hidrogênio é produzido pela eletrólise da água a partir de fontes de energia renováveis, como geração de energia fotovoltaica, energia eólica e energia solar. Basicamente, nenhum gás de efeito estufa é produzido durante o processo de produção de hidrogênio, por isso é chamado de "hidrogênio com zero carbono".

"O armazenamento hidrelétrico bombeado é responsável por mais de 86% do armazenamento de energia elétrica. O armazenamento de energia de hidrogênio tem as vantagens de longo tempo de descarga, alta relação custo-benefício do armazenamento de hidrogênio em grande escala, métodos flexíveis de armazenamento e transporte e não danificará o meio ambiente ecológico . Existem muitos cenários de aplicação para o armazenamento de energia de hidrogénio. Do lado do fornecimento de energia, o armazenamento de energia de hidrogénio pode reduzir o abandono de energia e suavizar as flutuações na rede eléctrica, o armazenamento de energia de hidrogénio pode aumentar a capacidade máxima da rede e aliviar o congestionamento das linhas de transmissão.

O armazenamento de energia de hidrogênio é atualmente realizado principalmente usando tecnologia de eletrolisador alcalino combinada com tecnologia de armazenamento de hidrogênio gasoso de alta pressão e células de combustível de membrana de troca de prótons. Armazenamento de energia renovável e conversão de eletricidade em eletricidade, a eficiência da conversão de energia precisa ser melhorada. Melhorar a eficiência do armazenamento de energia renovável, melhorando a pilha alcalina, os materiais dos eletrodos e do separador, otimizando o projeto e o processo de fabricação de eletrolisadores de membrana de troca de prótons e melhorando a eficiência do armazenamento de hidrogênio, aumentando a pressão de armazenamento de hidrogênio e desenvolvendo equipamentos de liquefação de hidrogênio e tanques de armazenamento. , uma eficiência de conversão de eletricidade em eletricidade de 40-45% e uma densidade de armazenamento de hidrogênio de 15-20 mol/L podem ser alcançadas. "

Ao utilizar as propriedades dos hidretos metálicos que absorvem hidrogênio e liberam calor e desidrogenam e absorvem calor, um ciclo de bomba de calor ou um compressor de adsorção térmica pode ser estabelecido.

Utilizando a reação reversa da eletrólise da água, o hidrogênio e o oxigênio (ou ar) sofrem uma reação eletroquímica para gerar água e liberar energia elétrica, que é a "tecnologia de célula de combustível". As células de combustível podem ser usadas em centrais elétricas fixas ou móveis, centrais de energia de pico de reserva, fontes de alimentação de reserva, sistemas combinados de calor e energia e outros equipamentos de geração de energia.

“O hidrogênio puro ou uma mistura de hidrogênio e gás natural pode alimentar turbinas a gás, descarbonizando assim a indústria de geração de energia. Existem duas maneiras de gerar eletricidade a partir do hidrogênio. , e exaustão O gerador de energia de hidrogênio pode ser integrado à linha de transmissão de energia da rede elétrica e trabalhar em conjunto com o dispositivo de produção de hidrogênio para eletrolisar a água para produzir hidrogênio quando o consumo de eletricidade é baixo. Durante os horários de pico, a energia do hidrogênio é usada para. gerar eletricidade, racionalizando assim a aplicação de energia elétrica e reduzindo o desperdício de recursos. A produção de hidrogênio usando energia do vale é usada à noite, e a energia renovável é usada para produzir hidrogênio durante o dia, incluindo geração de energia fotovoltaica, incluindo usinas de produção de hidrogênio, dispositivos auxiliares públicos. e engenharia de transporte, engenharia de proteção ambiental e funções de enchimento.

A utilização precoce de hidrogénio em edifícios será principalmente em formas híbridas. O hidrogênio pode ser misturado ao gás natural em uma proporção de até 20% em volume, sem a necessidade de modificar equipamentos ou tubulações existentes.

Em comparação com a utilização de hidrogénio puro, a mistura de hidrogénio em gasodutos de gás natural pode reduzir custos e equilibrar as necessidades energéticas sazonais. À medida que o custo do hidrogénio diminui, espera-se que as regiões com infraestruturas de gás natural e acesso ao hidrogénio de baixo custo, como a América do Norte, a Europa e a China, utilizem gradualmente o hidrogénio no aquecimento e aquecimento de edifícios.

Quando o preço do hidrogénio é tão baixo quanto 10-21 yuan/kg, ele pode competir com o gás natural no aquecimento distribuído;

Espera-se que, até 2030, a procura de energia de hidrogénio proveniente da geração combinada de calor e energia em edifícios atinja 30.000-90.000 toneladas/ano; a do hidrogénio misto; até 2050, o hidrogénio representará aproximadamente 3-4% da procura total de energia para aquecimento e aquecimento de edifícios.