Водород и азот напрямую соединяются с образованием аммиака под действием металлического катализатора и при определенных условиях температуры и давления. Синтетический аммиак в настоящее время является вторым по величине применением водорода после нефтеперерабатывающих заводов. Наиболее часто используемый катализатор изготовлен на основе железа и модифицирован K2O, CaO, SiO2 и Al2O3. Смешанный газ обычно проходит через четыре слоя катализатора и охлаждается между каждым охлаждающим слоем для поддержания разумной константы равновесия реакции. Только около 15% газа преобразуется в аммиак каждый раз, когда он проходит через слой катализатора: жидкий аммиак удаляется, а непрореагировавший газ рециркулируется через компрессор. На современных заводах общий коэффициент переработки может достигать более 97%. Для завода по производству синтетического аммиака производительностью 1000 тонн в день требуется 336 м3 водорода на каждую тонну произведенного аммиака. Основная стоимость крупномасштабного производства синтетического аммиака зависит от стоимости водорода.

Метанол можно производить из синтез-газа (моноксида углерода и водорода) в реакторе с неподвижным слоем с катализатором из частиц оксида алюминия, покрытым оксидами меди и цинка. Метанол также можно производить путем прямого соединения водорода и углекислого газа. В этом процессе водород и углекислый газ закачиваются в герметичную камеру реакционного сосуда, содержащую катализатор, и нагреваются до 180-250°С. Максимальная конверсия углекислого газа в метанол составляет примерно 24%. Непреобразованный диоксид углерода и водород извлекаются и возвращаются в сосуд. Завод по производству метанола мощностью 2500 тонн/день требует примерно 560 м3 водорода на каждую тонну произведенного метанола.

1. В процессе переработки нефти водород в основном используется для гидрообессеривания нафты, гидрообессеривания газойля, гидрообессеривания мазута, повышения беспламенной высоты авиационного топлива и гидрокрекинга;

2. Гидрокрекинг – это каталитический процесс крекинга, проводимый в присутствии водорода. Основными характеристиками реакции являются разрыв связей C-C, низкая объемная скорость и большое количество используемого водорода. В нефтехимической промышленности водород в основном используется для гидрирования фракции С3, гидрирования бензина, гидрирования и деалкилирования фракций С6-С8, а также производства циклогексана.

1. Удалите из нафты такие примеси, как сульфиды, соединения азота, свинец и мышьяк.

2. Рабочее давление гидрообессеривания дизельной и тяжелой фракций составляет 3-4 МПа, температура 340-380°С. Гидродесульфуризация мазута обусловлена ​​главным образом требованиями защиты окружающей среды, поскольку 95% загрязнения воздуха вызвано SO2, выделяющимся при сжигании мазута, потребляет много водорода, поэтому в процессе можно использовать прямую или косвенную десульфурацию.

3. Селективное гидрирование применяют в основном для продуктов высокотемпературного крекинга. Газофазное гидрирование применяют для этиленовой фракции, а жидкофазное гидрирование - для пропиленовой фракции. Бензиновая фракция богата диолефинами, олефинами и ароматическими углеводородами. Эти соединения находятся в контакте с воздухом, в ходе процесса образуются коллоиды, поэтому необходимо проводить гидрирование для преобразования нестабильных соединений в стабильные продукты.

Процесс гидрирования для удаления вредных соединений. Помимо сероводорода, меркаптанов и общей серы, в процессе гидрирования можно удалить алкины, алкены, металлы и металлоиды. Поэтому в современной нефтехимической переработке использование технологии гидрирования позволяет повысить качество нефтехимии и увеличить производство наиболее ценных нефтехимических продуктов. Снизить образование тяжелых нефтяных остатков и смол, уменьшить количество углеродистых отложений, повысить эффективность производства. нефтеперерабатывающие заводы. Благодаря его технологичности многие ценные нефтехимические продукты можно получать из отходов нефтепереработки, очищая ряд продуктов и удаляя вредные примеси. Водород является наиболее распространенным очистителем и сшивающим агентом для современной продукции нефтехимической промышленности и может повысить производственную мощность крупномасштабных крекинговых установок.

В области нефтехимической промышленности водород и окись углерода могут быть использованы для реакции синтеза различных органических соединений, таких как синтез этиленгликоля, синтез полиметилена (полиметилена), реакция гомологирования спиртов, реакция с ненасыщенными углеводороды для получения альдегидов и т.д. Методом Фишера-Тропша можно синтезировать различные углеводороды, в том числе моторные топлива и ряд ценных одиночных органических соединений, таких как твердый парафин, кислородсодержащие соединения и др.

1. Производство спиртов из альдегидов, производство алкенов из алкинов, производство бензола деалкилированием толуола, производство анилина гидрированием нитробензола, производство гидрированного нафталина из нафталина и т.д.

2. Дифенилметилендиизоцианат (МДИ), толуолдиизоцианат (ТДИ), адипиновая кислота, жирные спирты и т. д., используемые в легкой химической промышленности, требуют процессов каталитического гидрирования.

«При выращивании кристаллов электронных материалов и подготовке подложек, процессах окисления, эпитаксиальных процессах и технологии химического осаждения из паровой фазы (CVD) водород должен использоваться в качестве реакционного газа, газа-восстановителя или защитного газа.

Процесс окисления: при использовании для синтеза и окисления водорода и кислорода водород высокой чистоты и кислород высокой чистоты подаются в кварцевую трубку под нормальным давлением, заставляя их гореть при определенной температуре с образованием водяного пара высокой чистоты. реагирует с кремнием с образованием высококачественной мембраны SiO2.

В эпитаксиальном процессе тетрахлорид кремния или трихлорсилан реагирует с водородом на поверхности нагретой кремниевой подложки, чтобы восстановить кремний и осаждать его на кремниевой подложке с образованием эпитаксиального слоя.

Технология химического осаждения из паровой фазы (CVD): метод, в котором используется одно или несколько газофазных соединений или элементов, содержащих тонкопленочные элементы, для проведения химической реакции на поверхности подложки с образованием тонкой пленки. Химическое осаждение из паровой фазы — это новая технология, разработанная в последние десятилетия для получения неорганических материалов. Химическое осаждение из паровой фазы широко используется для очистки веществ, разработки новых кристаллов и нанесения различных монокристаллических, поликристаллических или стеклообразных неорганических тонкопленочных материалов. Эти материалы могут представлять собой оксиды, сульфиды, нитриды, карбиды или бинарные или многоэлементные межэлементные соединения групп III-V, II-IV, IV-VI, а их физические функции могут передаваться через газовую фазу в процессе легированного осаждения. точно контролируется. "

Получение поликремния в электронной промышленности требует использования водорода. Когда кремний использует хлористый водород для получения трихлорсилана SiHCl3, его отделяют в процессе фракционирования. Очищенный трихлорсилан использует процесс высокотемпературного восстановления для восстановления и осаждения SiHCl3 высокой чистоты в атмосфере H2 для получения поликремния. Его химическая реакция SiHCl3 H2→Si HCl достигает чистоты, необходимой для полупроводников.

В процессе производства электровакуумных материалов и устройств, таких как вольфрам и молибден, оксидный порошок восстанавливается водородом, а затем перерабатывается в проволоки и полосы. Если чистота используемого водорода выше, содержание воды ниже, а температура восстановления. Чем ниже , тем мельче полученный порошок вольфрама и молибдена.

Требования к чистоте наполняющего газа для различных газонаполненных электронных ламп, таких как водородные тиристоры, ионные трубки, лазерные трубки и т. д., выше. Чистота водорода, используемого при производстве кинескопов, превышает 99,99%.

Производство полупроводниковых интегральных схем требует чрезвычайно высокой чистоты газа. Например, допустимая концентрация примесей кислорода составляет . «Введение» следовых количеств примесей изменит характеристики поверхности полупроводников и даже снизит выход продукции или приведет к браку.

Водород высокой чистоты также необходим при производстве солнечных элементов из аморфного кремния. Тонкопленочный полупроводник из аморфного кремния — это новый материал, который был успешно разработан на международном уровне за последние десять лет и показал привлекательные перспективы применения в преобразовании солнечной энергии и информационных технологиях.

Применение и развитие оптического волокна является одним из важных символов новой технологической революции. Кварцевое стекловолокно является основным типом оптического волокна. В процессе производства необходимо использовать водородно-кислородный пламенный нагрев и десятки напылений. определить чистоту и чистоту водорода. Ко всем предъявляются очень высокие требования.

Газами, широко используемыми в стекольной промышленности, являются водород, ацетилен, кислород и азот. Оборудование для формования флоат-стекла заполнено расплавленной оловянной жидкостью, которая легко окисляется и образует оксид олова, вызывая окрашивание стекла оловом и увеличивая расход олова. Поэтому ванну с оловом необходимо герметизировать и подавать чистый водород. Постоянно подаваемая газовая смесь азота поддерживает положительное давление и восстановительную атмосферу в резервуаре для защиты жидкого олова от окисления. Потребление водорода на заводах по производству флоат-стекла зависит от масштаба производства и обычно составляет 80-150 м3/ч.

«Выбросы углерода, вызванные сталелитейной промышленностью, составляют около 18% от общего объема выбросов углерода в моей стране.

При производстве водородной стали в качестве восстановителя вместо углерода используется водород, что позволяет снизить выбросы углерода в результате восстановления углерода. Оно направлено на процесс производства чугуна в процессе производства стали, то есть на доменное производство чугуна в длительном процессе и на производство чугуна с прямым восстановлением. короткий процесс, помимо устранения выбросов углерода в результате реакции восстановления, также может исключить выбросы углерода в процессе коксования угля. Согласно химической формуле реакции восстановления железа углеродом, восстановитель углерода, необходимый для восстановления 1 моля железа, составляет 1,5-3 моля (в зависимости от соотношения участия прямого восстановления и непрямого восстановления по соотношению молярных масс железа). , углерода и углекислого газа 56:12:44, производится. Выбросы углекислого газа, образующиеся в результате реакции восстановления углерода 1 тонны железа, составляют 0,59 тонны, плюс 0,1 тонны выбросов углерода при коксовании в длительном процессе, что эквивалентно длительный процесс теоретически снижает выбросы углекислого газа примерно на 0,69-1,28 тонны, сокращение на 34-62%.

Доменная плавка водородом и шахтная печь на основе водородного газа являются двумя основными направлениями развития водородной металлургии в моей стране. По сравнению с традиционной «углеродной металлургией», водородная металлургия может снизить выбросы углекислого газа до 85%. . Гидрирование сталелитейной промышленности будет в значительной степени способствовать сокращению выбросов углерода.

Обогащение доменной печи водородом означает вдувание в доменную печь веществ с более высоким содержанием водорода, таких как чистый водород, природный газ, коксовый газ и другие газы, богатые водородом, для замены части снижения выбросов углерода и снижения выбросов углерода. Обогащение водородом газовой шахтной печи означает увеличение доли водорода в восстановительном газе в газовой базе. "

«Водород в основном используется в качестве восстановительного газа для восстановления оксидов металлов до металлов.

Водород используется в промышленности для извлечения вольфрама из руд (вольфрамита, шеелита и вольфрамита). Также может быть использован для получения меди из хертита и чертита (оксида меди CuO). "

При ковке некоторого металлического оборудования при высоких температурах водород часто используется в качестве защитного газа, предотвращающего окисление металла.

«Водород используется для преобразования ненасыщенных жиров в насыщенные масла и жиры. Например, пищевая промышленность использует водород для производства гидрогенизированных растительных масел, таких как маргарин и сливочное масло.

Многие натуральные пищевые масла имеют высокую степень ненасыщенности. После гидрирования полученный продукт стабилен при хранении, противостоит росту бактерий и повышает вязкость масла.

Продукты гидрогенизированного пищевого масла можно перерабатывать в маргарин и пищевой белок. "

Гидрированием непищевых масел можно получить сырье для производства мыла и кормов для скота. Процесс предполагает использование водорода и ненасыщенных кислот (олеиновой, линолевой и др.) в глицерине для введения водорода в состав жидких жиров или растительных. масла.

Он может удовлетворить многие требования к авиационному топливу будущего. Самое главное, что сжигание водорода практически не загрязняет окружающую среду. В расчете на единицу массы теплота сгорания водорода (119900–141900 кДж/кг) в 1,8 раза превышает теплоту сгорания углеводородного топлива. Топливо, состоящее из жидкого водорода и жидкого кислорода, имеет высокую удельную тягу.

Водород при реакции с кислородом выделяет большое количество тепла, а температура горения может достигать 3100К. При прохождении водорода через пламя дуги он разлагается на атомарный водород. Образовавшийся атомарный водород летит к поверхности сварки, и металл дополнительно нагревается. и плавится, поглощая тепло атомарного водорода. Температура поверхности сварки металла достигает 3800-4300К. Этот атомарный водород можно использовать для плавки и сварки самых тугоплавких металлов, высокоуглеродистых сталей, коррозионностойких материалов, цветных металлов и т. д. Преимущество использования атомарного водорода для сварки заключается в том, что атомный луч водорода может предотвратить окисление свариваемой детали, поэтому в месте сварки не образуется оксидная накипь.

«Поскольку водород обладает высокой теплопроводностью, его часто используют в качестве охлаждающей жидкости ротора в больших генераторных установках.

Поскольку водород — это газ с чрезвычайно низкой температурой кипения, за исключением гелия, жидкий водород при испарении в вакууме может получить низкую температуру 14–15 К. Поэтому водород часто используется в качестве хладагента в научных исследованиях, требующих сверхнизких температур. "

Атомно-водородная сварка (AHW) — это процесс дуговой сварки двух металлических вольфрамовых электродов в защитной атмосфере водорода. Его можно использовать для сварки тугоплавких металлов и вольфрама.

Водород — один из газов, который можно использовать в качестве фазы-носителя в газовой хроматографии для разделения летучих веществ.

Благодаря низкой плотности водород можно использовать для наполнения высотных метеозондов и дирижаблей.

«Сфера транспорта является наиболее важным сценарием применения водородной энергии. Транспортные средства на водородных топливных элементах на данном этапе являются отправной точкой и ключевым моментом для продвижения и применения водородной энергии в сфере транспорта. В краткосрочной перспективе легковые автомобили и средние автомобили и легкие логистические автомобили станут точкой входа, а в среднесрочной и долгосрочной перспективе точкой входа станет водородная энергетика.

Транспортные средства на топливных элементах подходят для тяжелых перевозок и перевозок на дальние расстояния и более конкурентоспособны на рынках с высокими требованиями к пробегу и большой грузоподъемностью.

Будущее направление развития – большегрузные автомобили, пассажирские автомобили для дальних перевозок и т.д. Транспортные средства на топливных элементах имеют больше преимуществ по стоимости на транспортном рынке с запасом хода более 650 километров. Поскольку легковые автомобили и городские автобусы часто имеют меньший запас хода, у чисто электрических транспортных средств есть преимущества. Транспортные средства на топливных элементах решают проблемы длительного времени восполнения энергии и плохой адаптации к низкотемпературным средам, повышают эффективность работы и дополняют сценарии применения чистых электромобилей. "

«Внутреннее водное и прибрежное судоходство может быть электрифицировано с помощью технологии водородных топливных элементов, а морское судоходство может быть обезуглерожено с помощью новых видов топлива, таких как биотопливо или безуглеродный синтез водорода из аммиака.

Некоторые предприятия и учреждения в моей стране приступили к разработке судов с водородным двигателем на основе развития отечественной водородной энергетики и технологии топливных элементов. На этом этапе суда, работающие на водороде, обычно используются на озерах, внутренних реках, на море и в других сценариях в качестве основной энергии для небольших судов или вспомогательной энергии для больших кораблей. Будущей тенденцией развития являются крупные суда, работающие на водороде, такие как морские инженерные суда, морские суда ро-ро и суперяхты. "

«Водородная энергетика открывает возможности для низкоуглеродной авиации. Водородная энергетика может снизить зависимость авиационной отрасли от сырой нефти и сократить выбросы парниковых и вредных газов. По сравнению с ископаемой энергетикой топливные элементы могут сократить выбросы углерода на 75–90%. Прямой сжигание водорода в газотурбинных двигателях может снизить выбросы углерода на 50–75%, а синтетическое топливо может снизить выбросы углерода на 30–60%.

Самолеты, работающие на водороде, могут стать решением по сокращению выбросов углекислого газа для авиации на короткие и средние расстояния. "

«Применение водородной энергии в сфере железнодорожного транспорта заключается главным образом в сочетании с топливными элементами для формирования энергосистемы, заменяющей традиционный двигатель внутреннего сгорания. Преимущество поездов, работающих на водороде, заключается в том, что нет необходимости модифицировать существующую железную дорогу. пути, поезд наполняется водородом через насос, уровень шума низкий, выбросы углерода нулевые.

«Водородные заправочные станции являются центральным звеном в использовании и развитии водородной энергетики. Это специализированные места для заправки автомобилей на топливных элементах. Будучи центральным звеном, обслуживающим коммерческое применение транспорта водородной энергии, они представляют собой важную инфраструктуру для развития водородной энергетики. энергетическая промышленность.

Водород из различных источников сжимается водородным компрессором, хранится в резервуаре для хранения под высоким давлением, а затем заполняется водородом для транспортных средств на водородных топливных элементах через машину для заправки водородом. Являясь очень важным звеном в стратегии водородной энергетики, водородные заправочные станции излучают окружающие территории своими запасами водородного топлива, позволяя транспортным средствам своевременно пополнять энергию и формируя хороший цикл, способствующий развитию топливных элементов.

В целях обеспечения безопасности также активно изучаются новые модели, такие как водородные заправочные станции, объединяющие производство, хранение и заправку водорода. Использование Преимущество низкой себестоимости производства водорода на месте способствует распределенному производству и близлежащему использованию водородной энергии. "

Водород производится путем электролиза воды из возобновляемых источников энергии, таких как фотоэлектрическая энергия, энергия ветра и солнечная энергия. В процессе производства водорода практически не образуются парниковые газы, поэтому его называют «водородом с нулевым выбросом углерода».

«На долю гидроаккумулирования приходится более 86% хранения электроэнергии. Хранение энергии водорода имеет преимущества длительного времени разряда, высокой экономической эффективности крупномасштабного хранения водорода, гибких методов хранения и транспортировки и не наносит ущерба экологической среде. Существует множество сценариев применения водородного хранения энергии. С точки зрения энергоснабжения, водородное хранение энергии может снизить потери электроэнергии и сгладить колебания в энергосистеме; в энергосистеме хранение водородной энергии может увеличить пиковую мощность сети и уменьшить перегрузку линий электропередачи.

Хранение водородной энергии в настоящее время в основном осуществляется с использованием технологии щелочного электролизера в сочетании с технологией хранения газообразного водорода под высоким давлением и топливных элементов с протонообменной мембраной. Хранение возобновляемой энергии и преобразование электроэнергии в электроэнергию, эффективность преобразования энергии должны быть улучшены. К 2025 году повысить эффективность хранения возобновляемой энергии за счет улучшения материалов щелочных батарей, электродов и сепараторов, оптимизации конструкции и процесса производства электролизеров с протонообменной мембраной, а также повышения эффективности хранения водорода за счет увеличения давления хранения водорода и разработки оборудования для сжижения водорода и резервуаров для хранения. можно достичь эффективности преобразования электричества в электричество 40-45% и плотности хранения водорода 15-20 моль/л. "

Используя свойства гидридов металлов, которые поглощают водород и выделяют тепло, а также дегидрируют и поглощают тепло, можно создать цикл теплового насоса или термоадсорбционный компрессор.

Используя обратную реакцию электролиза воды, водород и кислород (или воздух) вступают в электрохимическую реакцию с образованием воды и высвобождением электрической энергии, что является «технологией топливных элементов». Топливные элементы могут использоваться в стационарных или мобильных электростанциях, резервных пиковых электростанциях, резервных источниках питания, комбинированных теплоэнергетических системах и другом оборудовании для производства электроэнергии.

«Чистый водород или смесь водорода и природного газа могут приводить в действие газовые турбины, тем самым обезуглероживая энергетическую отрасль. Есть два способа получения электроэнергии из водорода. Один из них — использование энергии водорода в газовых турбинах, которая подвергается всасыванию, сжатию и сжиганию. Генератор водородной энергии может быть интегрирован в линию электропередачи электросети и работать вместе с устройством для производства водорода для электролиза воды для производства водорода при низком потреблении электроэнергии. В часы пик водородная энергия используется для электролиза. Производство водорода с использованием энергии долины используется в ночное время, а возобновляемые источники энергии используются для производства водорода в течение дня, включая производство фотоэлектрической энергии, включая установки по производству водорода, общественные вспомогательные устройства. и транспортная техника, инженерия по охране окружающей среды и функции наполнения».

На первых порах водород будет использоваться в зданиях преимущественно в гибридной форме. Водород можно смешивать с природным газом в соотношении до 20% по объему без необходимости модификации существующего оборудования или трубопроводов.

По сравнению с использованием чистого водорода, добавление водорода в газопроводы может снизить затраты и сбалансировать сезонные потребности в энергии. Ожидается, что по мере падения стоимости водорода регионы с инфраструктурой природного газа и доступом к дешевому водороду, такие как Северная Америка, Европа и Китай, будут постепенно использовать водород для отопления и отопления зданий.

Когда цена на водород составляет всего 10-21 юань/кг, он может конкурировать с природным газом в распределенном отоплении;

Ожидается, что к 2030 году потребность в водородной энергии для комбинированного производства тепла и электроэнергии в зданиях достигнет 30 000-90 000 тонн в год. Det Norske Veritas DNV прогнозирует, что в конце 2030-х годов использование чистого водорода в зданиях превысит; смешанный водород; к 2050 году водород будет составлять примерно 3-4% от общего спроса на энергию для отопления и отопления зданий;