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中國氫氣產量占全球三分之一,都用來幹嘛了?

2024-04-03科學

氫氣是一種化學性質非常活潑、密度最小的氣體。

1650年,梅耶恩誤將稀硫酸倒在鐵上,產生了一種「易點燃的空氣」。可是,當時他還不知道這是什麽東西。1766年卡文迪許向英國皇家學會送出了一篇研究報告【人造空氣實驗】,講了他用鐵、鋅等與稀硫酸、稀鹽酸作用制得「易燃空氣」,這才確定氫氣是一種新的物質。

最早,氫氣這種可燃氣體的火焰溫度非常高、火焰速度也很快、燃點又很低,氫氣用於燃燒非常不容易控制,因而只是用於制造飛艇。

氫氣本身很難被壓縮,而且密度最小,只有空氣的14分之1,用在飛艇上還是挺不錯的,但是因為它易燃易爆,使得氫氣飛艇的套用受到了極大的限制。

如今,氫氣的純度可以達到99.999%,在現代工業中被認為是一種優質產品,用途十分廣泛,不僅僅只用於氫能源汽車!

2022年,中國氫氣年產量超過3500萬噸。占全球氫氣總產量的三分之一以上,2023年中國氫氣年產量仍然穩坐全球第一大產氫國的寶座。

從制氫結構來看,主要以化石能制氫為主,2022年煤制氫產量達到1985萬噸,占比56%;其次為天然氣制氫,占比21%。中國62%的制氫量來自於煤或焦炭生產,工業副產氫占比約為19%,天然氣制氫占比18.1%,電解水製氫占比不足1%。

氫除了用於氫燃料電池之外,如上文所述,在工業上用途十分廣泛!比如:

1.用於煉油廠

氫氣在煉油廠被用在各種加氫脫硫(HDS)和加氫裂化操作中。加氫脫硫工藝廣泛用在天然氣和精煉石油產品(如汽油、噴射燃料、煤油、柴油和燃油)脫硫,以減少燃燒這些燃料產生酸雨物質。

2.合成氨

哈伯-博施法是當今生產氨的主要工業方法,它在金屬催化劑和一定的溫度壓力條件下直接將氫和氮結合生成氨。氨(Np) 用於生產硝酸銨,硝酸銨主職工作是化肥,而它的一個重要兼職是用來做軍用炸藥。

硝酸銨是極其鈍感的炸藥,比安全炸藥C4更為鈍感,所謂鈍感是沒達到條件時不容易爆炸,因此用硝酸銨制造的炸彈保存起來比較安全。

(合成氨流程)

3.還原金屬礦石

初中化學就學過了,氫氣是一種優秀的還原劑,可以將金屬從其化合物中還原出來。而工業上,有很多礦石確實是用氫來還原的。比如,從黑鎢礦、白鎢礦和鎢鐵礦中提取鎢,從黑銅礦和錐黑銅礦中提取銅。

理論上氫還可以作為還原劑來生產銀、金和鉑等金屬,但尚不適用於商業用途。尤其是用氫氣從鐵礦中去還原鐵,本是一種只會產生少量二氧化碳的方法,但我猜只中國每年生產的鐵用氫來提取的話,那把全球的氫都投進可能都不夠,而焦炭除了量大之外還便宜。

4.用作氫化劑

把油脂中不飽和脂肪轉化為飽和油和脂肪,可以把廉價油的身價提高。比如人造奶油和奶油是植物油經過氫化工藝之後制造出來的,還有羊油氫化後,可以得到人造可可脂。

5.作為冷卻劑

這個可能是一種大部份人沒想到的用途。

氫氣具有高導熱性、高比熱容的優點,也就是說與同量的其它氣體相比較,它的導熱速度快,還能帶走更多熱量。而因為它的密度又很小,不會給需散熱器材的增加太多體重,因而在大型發電機的轉子中用來做冷卻劑。

下圖轉子中間的通孔就是用來通氫氣,給轉子降溫的。

氫氣還有更多用途,有了解的朋友可以在評論區給大家分享一下。