氢气是如何液化的?一起揭开液氢的面纱

联悦气体 2024-01-25 09:25:44

2022年6月5日10时44分,一阵惊天动地的巨响过后,搭载着神舟十四号飞船的长征二号F运载火箭,从大漠深处的酒泉卫星发射中心拔地而起,飞赴苍穹。这是中国空间站建造阶段的首次载人飞行,也是中国人的第9次太空远征。

那么究竟是何种燃料才能助推这“大家伙”一飞冲天?液氢就是其中最重要的燃料之一。(液氢:终于轮到我出场了。)

液氢是什么?

氢气在自然界中通常是以无色无味的气体状态存在,通过预冷、节流和换热等过程,就能获得液氢。

液氢是一种无色、无味的高能液体燃料,大气压(101325Pa)下,液氢的饱和温度约为-252.87℃,饱和密度约为70.8kg/m3。

经济性:液氢密度为气态氢的845倍。在相同储氢体积下,液氢可大幅提升储氢量。液氢质量储氢密度为14%,是目前储氢密度最高的储氢方式。

高效性:在氢气液化过程中,有害杂质被固化,再次汽化使用时,氢气纯度等级可达6-7N,可有效提高氢燃料电池的电量和寿命。

安全性:液氢储运工作压力1-1.3bar,相比于压缩气氢安全性较高。

液氢:我的储运不简单

液氢槽车

液氢储运是液氢产业链的关键环节,是连接液氢工厂和液氢用户的纽带,直接影响氢源的地域配置优化。液氢的存储技术关键在于液氢储罐,而液氢运输技术关键则在于运输设备。

液氢的存储需使用具有良好绝热性能的低温液体存储容器,也称液氢储罐。液氢储罐有多种类型,根据其使用形式可分为固定式、移动式、罐式集装箱等;按绝热方式可分为普通堆积绝热和真空绝热两大类。

液氢储罐

液氢的运输

陆运为公路或铁路运输,采用的运输工具为液氢槽车,液氢公路或铁路槽车一般装载圆柱形液氢储罐,公路运输的液氢储罐容积不超过65m3,铁路运输的特殊大容量液氢储罐容积最高达到200m3。

液氢可采用船舶进行海运,船上可装载较大容量的液氢储罐,将液氢由海路进行长距离的运输,用于船运的液氢储罐最大容积可达到1000m3,并且无需经过人口密集区域,相较于陆运更加安全、经济。

液氢也可以用管道输送,但由于液氢温度极低,对液氢输送管路的低温性能和绝热性能要求较高,不适用于远距离输送(<2km),一般用于航天发射场或航天发动机试验场内的液氢输送。

液氢运输船舶

液氢:应用现状

液氢作为军民两用高端技术,美国长期实行技术封锁。2015年,我国实现了火箭发射场用300m3大型液氢罐的自主设计和小批量生产,打破了发达国家在液氢储存领域的垄断。

但由于国内起步较晚,与国外存在较大的差距。我国亟需加快液氢民用和项目示范,通过市场的力量进一步推动技术进步和产业化步伐。

中美对比

在氢能应用中,由于液氢储运运量更大、纯度高、充装更快、占地更小,将成为未来更大加氢需求下的更优选择。

目前,我国液氢技术和装备长期局限在航天军工领域,虽然航天领域中液氢技术已经比较纯熟,但是民用领域相关技术和装备缺失,液氢产量低。

与国外相比,液氢的产量和应用还有显著差距,随着氢能发展趋势和政策的引导,国内液氢日益趋近民用市场,但液氢民用之路仍“道阻且长”。

液氢应用

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