氢气范文10篇

知识目标

使学生掌握实验室用金属和酸反应制取氢气的化学反应原理，初步了解实验室制备实验的一般思路和方法；

了解置换反应的概念，对给定反应物、生成物的化学反应，能初步判断反应类型；

根据气体的性质，学会判断气体收集的方法。

能力目标

培养学生的观察能力，通过观察了解启普发生器的工作原理，并根据其原理，用易得廉价的简单实验仪器，自行设计制备氢气的简易装置。

知识目标

使学生了解氢气的物理性质，掌握氢气的可燃性、还原性，并了解有关的实验过程和现象以及注意事项;

根据氢气的性质了解其主要用途;

从得氧和失氧的角度对照了解氧化反应和还原反应，氧化剂和还原剂。

能力目标

通过对实验现象的观察，培养学生的观察能力和思维能力。

知识目标

使学生了解氢气的物理性质，掌握氢气的可燃性、还原性，并了解有关的实验过程和现象以及注意事项；

根据氢气的性质了解其主要用途；

从得氧和失氧的角度对照了解氧化反应和还原反应，氧化剂和还原剂。

能力目标

通过对实验现象的观察，培养学生的观察能力和思维能力。

初中化学教案教学目标

知识目标

使学生掌握实验室用金属和酸反应制取氢气的化学反应原理，初步了解实验室制备实验的一般思路和方法；

了解置换反应的概念，对给定反应物、生成物的化学反应，能初步判断反应类型；

根据气体的性质，学会判断气体收集的方法。

能力目标

摘要:针对联合电解催化交换工艺中的氢气中的含氚水蒸气排放进行研究，在对比分析了两种不同的氢气冷凝方案的基础上，提出了“双冷凝器”的工艺优化设计方案，并分析了“双冷凝器”方案的运行模式。

关键词:联合电解催化交换;冷凝器;氢气排放

联合电解催化交换工艺在水－氢同位素分离领域的应用越来越受到重视［1－2］，因其操作温度较低，工艺条件容易控制等特点，被国际热核聚变实验堆(InternationalThermonuclearExperimentalReactor，ITER)选为水冷却剂中除氚的重要技术路线［3］，同样自日本福岛核事故后，日本东京电力公司也把联合电解催化交换工艺作为其大量含废水除氚的备选重要技术路线。在联合电解催化交换工艺中，含氚废水处理后仅有很少一部分经过富集浓缩后再进行下一步的处理处置，而大部分则转化成气态氢气排放。排放的氢气中含有饱和水蒸气，氚以氧化形态HTO形式存在饱和水蒸气中，其生物毒性比元素态气体强10000倍［4］。因此在氢气排放前，必须对水蒸气进行深度处理。一般采用冷凝的方式将蒸气中的水冷凝，并将冷凝液输送回工艺系统。本文针对氢气中的含氚水蒸气进行研究，优化确定氢气排放工艺。

1联合电解催化交换工艺

该工艺主要有液相催化交换塔单元和电解制氢单元两部分构成［1］，如图1所示。液相催化交换塔中填装有贵金属疏水性催化剂和亲水性填料，电解制氢单元产生的氢气与催化交换塔内向下流动的水进行氢同位素的交换，氚在液相水中富集，在气态氢气相中贫化。含氚水进料位置将催化交换塔分为两段，上段为贫化段，下段为富集段。天然水在贫化段顶部流下，洗脱上升的氢气，贫氚后的氢气在顶部排放;在富集段，含氚的进料水与从贫化段流下来的水混合在富集段与氢气进行同位素交换，这样使富集的氚水在液相催化交换塔底部浓集。

2工艺方案及分析

为了调查XQG45-600P机车用于商业运营是否安全，作者进行了一项关于铁路车辆安全问题的研究，并调查了氢储存和供应的潜在风险。2013年，中国首次推出氢能源调车机车（ChenW.，2013）。本案例之所以选择机车，是因为机车的设计师提供了XQG45-600P的详细参数。本案例研究概述了XQG45-600P及其安全性。本章通过风险评估，考察XQG45-600P在防止氢气爆炸的能力上是否足够安全。根据Chen（2013）的研究，调车机车是用于在编组场调车。XQG45-600P的框架是基于一种传统的内燃机车（ChenW.，2013）。

1氢能源调车机车结构

试验氢能源调车机车与普通铁路机车一样，由机械和电气两部分组成。具体组成部分见表1。根据表1所示，整个系统包括供氢系统（储氢罐、PEMFC电板、管道）和动力系统（电池组、牵引逆变器、永磁同步电动机）。列车启动时，9个35MPa碳纤维钢瓶中的氢通过管道和压力调节阀供给燃料电池氢气（ChenW.，2013）。质子交换膜燃料电池将氢转化为水，产生电能，从而为牵引式逆变器发电。运行状态下的PEMFC和电池组的温度高达80°C（ChenW.,2013）。牵引逆变器将直流电（DC）转换为三相交流电（AC），以供给牵引电机。该机车的驱动系统由四个主要的子系统组成，即质子交换膜燃料电池（PEMFC）、冷却子系统、氢气瓶列阵和牵引电机，如图1所示。从图1可以看出，燃料电池动力调车机车最大的部件是氢气瓶列阵。储氢装置由9个35兆帕的碳纤维钢瓶组成，能够储存约23千克压缩氢气（ChenW.，2013）。Chen（2013）还提到，每个氢气瓶工作压力为50MPa。当压力超过80MPa时，高压安全阀（HPSV）会释放氢气以避免氢气爆炸（ChenW.，2013）。因此，如果HPSV无法工作，氢气的超压可能会导致氢气瓶破裂，增加氢气泄漏的可能性。车辆顶部有两个通风机和一个通风口PEMFC模块顶部安装了氢探测器，主要用于检测机车内部的氢气泄漏。笔者对目前元器件布置的安全性进行了评估，如表2所示。

2氢气储存方式与风险

众所周知，氢可以以不同的方式储存，如气态氢、液氢和金属氢化物，大多数氢燃料铁路车辆使用在储存在氢气瓶中的压缩氢，例如BNSF的燃料电池调车机车（HessKS,2008）和NE的实验轨道车（TaketoF,2006）。在XQG45-600P中，35MPa高压氢气瓶中有9个安装在机车本体内，氢气瓶阵列安装在机车中部。同时，PEMFC、电池组和逆变器安装在氢气瓶阵列旁边。根据笔者的理解，上述XQG45-600P的布置是为了减小对机车重心的影响。然而，在安全方面，XQG45-600P氢气瓶阵列布局可能会导致严重的事故，这是因为氢气可能会聚集主隔间等限制区域，从而增加爆炸的可能，尤其是当泄漏的氢气接近电气设备时。同时，氢气燃烧会形成向上的火焰，燃烧机车的内部设施，如氢气瓶列阵上方的通风机或安装在PEMFC上的锂离子电池。由于目前氢气瓶安装位置在车辆中部，可能会导致发生这种事故的风险增加。例如，在储存装置中，如果氢气瓶阵列底部氢气着火，火焰会向上燃烧所有的氢气瓶。此外，持续的大火可能会损坏周围的设施，比如PEMFC和电池组。由于PEMFC在工作阶段需要使用氢来发电，所以，如果火焰蔓延到PEMFC，可能会导致另一次爆炸或更大的火灾事故。因此，作者建议采用车顶线性存储方式，比如使用摆放在车辆顶部的1X9列阵，而不是使用当前XQG45-600P采用的3×3列阵。氢气瓶的顶部线性储存是比较理想的，因为它允许泄漏的氢气向上扩散。此外，沿着车顶线性摆放氢气瓶可以使脱轨和碰撞等事故造成损害的可能性降到最低（Hess，2010）。XQG45-600P采用35mpa氢气瓶。如Rodionov（2010）所述，储氢供应系统由氢气瓶、管道、高压安全阀（HPSV）、减压阀和压力调节阀组成。每个组件的功能如表3所示。根据Kesheng（2014）所说，如果火灾发生在氢气瓶上,热量会传到消防设备，消防设备会在温度过高时（600°C）释放氢气。Kesheng（2014）提到，如果火灾发生在图2中的红色区域，热量将缓慢传递到消防设备处。在这种情况下，消防设备可能会达不到足够的热量，从而不能及时释放氢气。同时，氢燃料箱表面可能因过热而破裂（800°C）（Kesheng，2014）。泄漏的高压氢气和瓶内发生的火灾会引起严重的爆炸（损坏探测面积为30米）。通过对上述对氢气储存系统的研究，笔者对储氢系统的潜在风险评估如表4所示。

3事故分析

1加氢裂化开停车能耗及物耗分析

由于每次装置检修、消缺项目不尽相同，每次装置检修的深度和广度也有所区别。加氢裂化装置一次开停车的能耗、物耗与装置检修项目、需要倒空的塔罐以及上下游装置的运行状态直接相关。对加氢裂化装置2013年装置消缺开停车物耗、能耗进行了统计。此外，做好装置开停车前的计划准备工作，加强精细管理，制定相应的节能减排方案和考核措施，提高员工操作技能，避免操作不当造成的不必要浪费等，都有利于降低装置开停车中的物耗和能耗。

2停车过程中主要节能减排措施

2.1合理设定流程回收氢气

加氢裂化装置停车过程中反应系统恒温气提结束后，系统降压过程约有100000m3纯度为85%的氢气需要排放至火炬烧掉，浪费严重。为降低向火炬系统排放量，本次装置停车降压时通过供氢系统回流压控阀(PV1018/1028)将氢气返回缓冲罐(FA105)，再通过阀PV1027A后，至950#脱硫单元流程，将氢气经过高压干气脱硫塔(DA956)至干气回收氢气装置PSA500回收其中氢气;当系统压力低于1.0MPa后将PV1027A阀后流程改至燃料气系统，停去PSA500;压力降至0.42MPa后，再将排放流程通过PV1027B阀改至BF系统。

2.2通过单向阀调向将富余氢气并入管网

摘要:为降低港口机械设备的排放,提出一种应用于轮胎式龙门起重机的零排放的燃料电池混动技术。给出了该动力系统架构及配置参数,对比分析了小柴电混动技术经济性,该系统将在控制使用成本方面具有优势。

关键词:燃料电池;轮胎吊;混合动力

1引言

轮胎式龙门起重机(以下简称轮胎吊)广泛应用于集装箱码头堆场,其动力通常以柴油发电机组供电为主,存在能源消耗大、排放严重等问题。目前市场上小柴油机组结合大锂电混动轮胎吊是最节能的轮胎吊之一,柴电机组输出综合功率一般为50kW,锂电池容量一般在100kWh左右。与传统使用大型柴油机组轮胎吊相比,可节能约60%[1-2]。但该类轮胎吊的动力来源仍是柴油,虽然相比大柴油机组已经降低了能耗,但仍存在较大的排放。为了减少排放,也可以采用天然气LNG燃气机组代替小功率柴电机组,构成LNG混动轮胎吊,CO2排放可降低20%,NOX排放可降低40%[3-4]。氢气是当今世界公认的最清洁的燃料,燃烧排放物只有纯水,具有环保、零排放、无污染等优点。因此提出用燃料电池系统代替小功率柴电机组,设计零排放氢燃料混动轮胎吊。

2轮胎吊负载特性分析

据统计,常规集装箱码头上的轮胎吊1h可以完成约20个操作循环,每操作循环由带箱起升、小车带箱平移、下降放箱、空吊具起升、小车平移、空吊具下降6个步骤组成。额载40t重箱起升时,轮胎吊峰值功率需求约为350kW;40t重箱下降时,峰值再生回馈功率约为260kW,1h内轮胎吊的平均功率仅为30~35kW。由此分析得出,轮胎吊在突加载荷时峰值功率大,而平均功率小,且重物下降及机构制动时电机处于发电状态,属于位能性负载。而传统大柴油机为了满足轮胎吊的负载特性,通常配备一定冗余量的柴油发电机组,满足轮胎吊峰值功率的需求,而重物下降和机构制动时产生的再生回馈能量,通常利用能耗电阻消耗掉了,得不到有效重复利用,造成了轮胎吊燃油消耗大、污染严重等问题。从轮胎吊负载特性可以看出,峰值功率与平均功率的比值接近10∶1,所以其动力系统非常适合采用混合动力方案。

一、硝基苯铁粉还原法

硝基苯铁粉还原法采用间歇式生产，将反应物料投入还原锅中，在盐酸介质和约100℃温度下，硝基苯用铁粉还原生成苯胺和氧化铁，产品经蒸馏得粗苯胺，再经精馏得成品，所得苯胺收率为95%～98%，铁粉质量的好坏直接影响苯胺的产率。此方法因存在设备庞大、反应热难以回收、铁粉耗用量大、环境污染严重、设备腐蚀严重、操作维修费用高、难以连续化生产、反应速度慢、产品分离困难等缺点，目前正逐渐被其他方法所取代。

二、苯酚氨化法

基本工艺过程为：苯酚与过量的氨（摩尔比为1：20）经混合，汽化、预热后，进入装有氧化铝-硅胶催化剂的固

定床反应器中，在370℃、1.7MPa条件下，苯酚与氨进行氨化反应制得苯胺，同时联产二苯胺，苯胺的转化率和选择性均在98%左右。该法工艺简单，催化剂价格低廉，寿命长，所得产品质量好，“三废”污染少，适合于大规模连续生产并可根据需要联产二苯胺，不足之处是基建投资大，能耗和生产成本要比硝基苯催化加氢法高。

三、固定床气相催化加氢

学习目标

1.了解中和热的概念，了解使用化石燃料的利弊及新能源开发的意义;

2.掌握利用中和热计算中和反应中所放出的热量。

学习过程

一、自学探究

1.什么叫中和反应?中和反应的实质是什么?中和反应过程是吸热反应还是放热反应?