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0512-58588966它的同位素,包括氘(D或2H)和氚(T或3H),是由氢与中子轰击产生的放射性物质,表1给出了H2的一些主要物理性质:
H2分子体积小、质量轻(van der Waals半径为120 pm,摩尔质量为1.00794 g/ mol),扩散速率较高(0.61 cm2 /s),与汽油或柴油燃料相比,它低下热值的重量能量(密度)含量几乎是汽油或柴油的三倍,但每单位体积的能量密度较低,这意味着它提供相同能量所需的空间大约是汽油的四倍,这种无味无色的能源只产生水蒸气和大量的热量,不排放温室气体,使这种无毒气体成为一种很有前途的绿色燃料。此外,H2的研究表明其闪点相对高于目前的化石燃料辛烷,这关系到它的抗爆特性。H2的闪点为- 231℃,是常规燃料中闪点低的。
气态H2的密度低于液态H2的密度。因此,气态H2的运输需要大型高压储罐,由于储罐的阻力,这是不合理的。然而,特殊的液氢储罐可以解决氢气的运输问题,特别是长距离运输。
也可以利用氢气液化结构用于各种高能源需求行业的调峰,尽管液化储存系统有许多优点,但应该强调的是,这些技术面临着许多挑战,例如效率低下,经济费用高,缺乏创造性的技术进步。
H2分子由两个质子和两个电子组成。如果两个电子的旋转方向是反平行的,它们就会驱使分子进入成键状态。因此,有两组H2分子基于反平行(I = 0)和平行(I = 1)核自旋。H2分子的态数由原子核自旋态(2I + 1)的关系决定,其中I是原子核自旋的量子数,等于1/2。假设数为α= +1/2、和β= -1/2,则邻位H2的核自旋量子数为I =(1/2+1/2) = 1 对于正H2, 分子形态有三种状态。在对H2中,核自旋量子数为I =(1/2-1/2) = 0,因此只有一种状态。因此,在环境温度下(即75%正氢- 25%的仲氢),正氢数量是仲氢的3倍。下图3显示了邻位和仲氢中平行和反平行自旋的图形布局:
图3:正氢和仲氢中平行和反平行核自旋的图解
采用氧化钠、铁(III)、镍、铬、锰、顺磁性金属、磷化氢铑配合物、三苯基钾配合物和钌等催化剂可提高突变和转化率,能量等级高于仲氢的正氢是一种激发态。此外,具有较低表面能量的仲氢在较低温度下容易形成,正氢到仲氢的转化是放热的,与温度有关。因此,当储存液氢时,一些H2被浪费了,这被称为蒸发气体。因此,正氢到仲氢的转化对于远距离运输中的LH2生成和减少IBOG损失至关重要。通过将正常的H2储存在罐中,转化焓在罐中释放,导致液H2损失。在转化反应堆中发生的反应列示为:
说明:正氢→仲氢+热量
转化率取决于反应温度,如式2所示:
转换系数可以用实验信息来定义一级反应的体积速率常数kv( mol /cm3.s )由式3求得:
式中,n、V、C0分别为进料摩尔流量(mol/s)、催化剂体积(cm3)和初始浓度,参数C、Ceq分别为达到浓度和平衡浓度。采用三种不同的反应器,包括绝热和等温转换和连续转换,进行正氢到对仲氢的反应转换。绝热转化器易于实现,但它提高了换热器后的流动温度,并且需要大量床层,这导致温度和成本升高,热效率降低。等温转化器用于消除绝热反应器中的流动温度升高,但这种方法增加了液化过程中所需的设备,从而增加了操作和资本成本各变换器的工作原理如图4所示。与等温法和绝热法相比,连续转换效率高。
通过增加正氢到仲氢转化的级数,降低了氢气液化循环的SEC。从个反应器到第二个反应器,通过增加正氢到仲氢的转化阶段来降低SEC的斜率是快速完成的,而从第二个反应器开始,它是缓慢完成的。
文章来源:氢眼所见
注:已获得转载权
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