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廣州市譜源氣體有限公司
氫氣《氣體應用大全》
2019-6-19 11:19:50
氫 H2
1.別名·英文名
Hydrogen．
2.用途
氣體燃料，石油精煉，制造油脂、硬化油等人造奶油，甲醇、鹽酸、氨等的合成，焊接和金屬的切割，氣象觀測，玻璃的融化，冶金工業，冷卻劑(液氫)，半導體制造用平衡氣、蝕刻氣、標準氣、零點氣、校正氣、熱氧化、外延、擴散、多晶硅、鎢化、離子注入、載流、燒結等。
3.制法
(1)水電解法。
(2)煤和焦碳的氣化法。
C+H2O→H2+CO
CO+H2O—→CO2+H2
CO+3H2—→CH4+H2O
CH4+H2O→Co+3H2
CH4+CH2—→CO+H2
(3)石油或天然氣的分解法。
CO+H2O—→CO2+H2
(4)回收石油化工業副產品氣體中的氫。
(5)回收食鹽電解副產品氣體中的氫。
(6)回收煉鋼工業副產品氣體中的氫(煉焦爐氣、高爐氣和轉爐氣)。
4.理化性質
分子量： 2.016
熔點(101.325kPa)： -259.2℃
沸點(101.325kPa)： -252.8℃
液體密度(-252.766℃，101.325kPa)：70.973kg/m3
氣體密度(0℃，101.325kPa)：0.0899kg/m3
相對密度(25℃，101.325kPa，空氣=1)：0.0695
比容(21.1℃，101.325kPa)： 11.9674m3/kg
壓縮系數：
|
溫度 ℃ |
壓縮系數 | |||
|
101.325kPa |
1013.25kPa |
10132.5kPa |
50662.5kPa | |
|
25
50 |
1.001
1.000 |
1.006
1.006 |
1.0613
1.0579 |
1.3244
1.3014 |
臨界溫度： -239.9℃
臨界壓力： 1297 kPa
臨界密度： 31.0 kg/m3
熔化熱(13.8K)： 58.16kJ/kg
汽化熱(18K)：457.80kJ/kg
比熱容(101.33kPa，273.15K)： Cp=14190J/(kg·K)
Cv=10080J/(kg·K)
比熱比(26.8℃，101.325kPa)： Cp/Cv=1.405
蒸氣壓(16K)： 21kPa
(24K)： 260kPa
(32K)： 1100kPa
粘度(101.325kPa，25℃)：0.00886mPa·S
表面張力(液一氣介面，-258℃)： 2.80 mN/m
導熱系數(100kPa，270K)：0.16705W/(m·K)
折射率(20.33K，100kPa，液體，4047A)：n=1.11262
(20℃，101.325kPa，氣體)： n=1.0001297
在空氣中可燃范圍(20℃，101.325kPa)： 4.0～74.5%
在空氣中最低燃點(101.325kPa)： 570℃
在空氣中當量燃燒時火焰溫度： 1430℃
在空氣中當量燃燒時最大火焰速度： 2.65m/s
在氧氣中可燃范圍(20℃，101.325kPa)：4%～94%
在氧氣中最低自燃點(101.325kPa)：560℃
在氧氣中當量燃燒時火焰溫度： 2830℃
在氧氣中當量燃燒時最大火焰速度： 14.36m/s
在氧氣中當量燃燒時燃燒熱： 12761 J/m3(高)
11506 J/m3(低)
毒性級別：0
易燃性級別(液氫)： 4
易爆性級別(液氫)：0
火災危險度： 極大
氫是在已知氣體中最輕的氣體。氫在常溫常壓下是無色無臭無味的可燃性氣體。它除因缺氧而引起窒息外，還沒有發現毒性。氫與空氣、氧、鹵素的親和力強。氫氣在空氣和氧氣中有很寬的可燃范圍。氫氣的燃點較高，但其點火能很小，所能很容易著火，在微小的靜電火花下也容易著火。這是一個具有特殊意義的性質。當它接觸明火或遇熱時就可燃燒，而且發出幾乎看不見的火焰。氫氣又是一種高能燃料，當與空氣或其它氧化劑結合著火時，以放熱或爆炸的方式釋放出大量的能量，其反應的猛烈程度取決于燃燒的條件。氫與鹵素氣體的混合物在日光下也能發生爆炸。氫與一氧化二氮的混合物的爆炸范圍為5.2%～80%，與一氧化氮混合物的爆炸范圍為13.5%～49%。氫氣的這一易燃易爆性是極其危險可怕的特性。氫又是很容易擴散和浸透的氣體，它非常容易泄漏，而且好停留在天花板等高處。
低溫氫氣與常溫氫氣密度不同，當它從液態氫開始蒸發時比空氣重，沉積在地面上，等升溫后才開始擴散。冷氫氣遇到潮濕空氣時能形成濃霧，并由此可看出它擴散的跡象。但在可見到的濃霧外圍仍能形成爆炸性混合物。如果氫氣云在最初閃速蒸發時著火，就會產生火球。
氫的還原性很強，在高溫與金屬氧化物、金屬氯化物反應游離出金屬，所以它一般沒有腐蝕性。在白金等催化劑的作用下與有機化合物作用還原醛等不飽和烴。
C2H2+H2—→C2H4
C2H4+H2—→C2H6
CH3CHO+H2—→CH3CH2OH
CH3COOC2H5+2H2—→2CH3CH20H
CH3COCH3+H2—→CH3CH—CH3
| OH
氫又能浸入金屬的晶格之間使晶格膨脹或變形，造成金屬材料的脆化。鋼材在高溫下產生如下脫碳反應而受氫的浸蝕。
Fe3C+2H2—→CH4+3Fe
氫氣能被過渡金屬可逆性地吸附或吸收而生成不定量的金屬氫化物。被吸收的氫氣的量在Pd、Pt、Ni、Ti、Fe等中較多，對Pd來說，它能吸收其體積800倍的氫氣。
氫微溶于水，在20℃時吸收系數a為0.0182。
5.毒性
氫氣本身無毒，吸入后仍以原形排出。它是一種窒息劑，但是在實際工作中因氫氣窒息而死亡的例子很少，然而，因氫氣引起的火災和爆炸事故卻不斷地發生。因此對氫氣的易燃易爆性應引起足夠地重視。
氫氣一般充裝在高壓鋼瓶或液化后裝在低溫容器中。所以除了高壓氫氣的泄漏起火或爆炸的危險之外，還有被液氫冷燒傷的危險。
6.安全防護
進行接觸液氫的工作時要穿戴護目鏡、防護鞋襪、干凈結實的手套、抗靜電工作服等防護用品。
氣體氫要用高壓鋼瓶貯裝，液氫要用絕緣的容器或槽車貯運。搬運容器時要嚴防容器碰損。容器要存放在通風良好，陰涼干燥又能耐火的專門建筑物或室外。存放地點要遠離氧和氯的貯存容器，炸藥、毒物、放射性材料、過氧化有機物以及其它可燃材料。要避免陽光直射，溫度要保持40℃以下。密閉的存放容器室，其高低點處應保持足夠的通風以防氫氣停留。存放區內嚴禁煙火。可能的點火源有：燃著的香煙或煙葉、明火焰和電火花、焊接和切割時所產生的火花和熔化金屬、溫度高于540℃的熱表面或材料、材料沖擊時所產生的火花、靜電排除時所產生的電火花、帶有電火花接觸的正常電氣設備(包括內燃機)等。
氫氣系統的設備管道要嚴格密封，嚴防泄漏或噴出。可以用肥皂液等表面活性材料探漏，但決不能用明火來探漏。氫氣有可用奧氐體不銹鋼、鋁、鋁合金等耐低溫材料。可以用聚四氟乙烯、能泄漏和停留的地方要設置檢測和報警裝置。
氫是強還原劑，在正常條件下無腐蝕性。在室溫可以用碳鋼、不銹鋼、銅、銅合金、鋁和鋁合金等通用金屬材料。在高溫高壓下，碳鋼和低合金鋼受氫氣侵蝕，產生氫脆現象。低溫下可以聚三氟氯化乙烯聚合體和氟化橡膠。
氫氣的火災具有與一般火災及其它氣體火災不同的獨特特征。所以，如果對氫氣這些特征不了解，則可能因處置方法不當而促成更大的災害。氫氣火災的特點有：
(1)通常是因氫氣泄漏或噴出空氣中引起燃燒。
(2)跑出開放空間的氫氣直接在大氣中擴散，但是跑入封閉空間的氛氣．如果不著火，則會組成爆炸范圍內的混合氣，停留在空間的上部。
(3)氫氣的火焰用肉眼看不見。
(4)在密閉空間，濃度處在爆炸范圍內的混合氣著火時，就可產生爆炸，而且它還可能使近處的可燃物著火，蔓延火災。
(5)氫氣的著火能很小。所以氫氣的著火源除了明火之外還有電火花、靜電放電、撞擊火花等微小的火源。甚至從容器中噴出時也能著火。
(6)當從容器中泄漏的氫氣著火時，容器本身受熱，或因外部火災而容器受熱，從而可能引起容器破裂或爆炸，造成二次火災。
(7)噴出氫氣的火災，其火焰長度L和寬度W取決于噴出壓力P及噴出口直徑D。它們之間有如下近似關系。
L/D=222.8P0.384
W/D=27.60P0.451
L、w、D的單位為m，P的單位為kg/cm2(絕對)。按這個式子推算從充氣壓力為150kg/cm2，閥門口徑為4mm的鋼瓶中噴出著火的氫氣火焰的大小為L=6.1m，W=1.05m。
液氫火災的特點為：
(1)燃燒火焰用肉眼看不見。
(2)根據紫外線畫像裝置觀察，火焰的大小比汽油的火焰稍微大一些。
(3)火焰的溫度和輻射熱也比汽油大一些。
(4)液面下降的速度非常快，是汽油的約7倍。
(5)液氫中容易混入空氣，混入空氣的液氫燃燒非常激烈，其火焰的大小增大2倍以上，輻射熱也大3倍以上。
撲滅氫火焰最有效的方法是切斷氣源。可以用粉沫滅火劑、霧狀水、二氧化碳、1211滅火劑、1301滅火劑等。滅火時要有一個安全的距離，而且要站在上風方向。火場中的氣體容器要澆水冷卻以防止升溫爆炸。
液氫火災的滅火非常困難，即使在很小的液面上著的火也是用一般的滅火器無法熄滅的，需要用特殊的滅火設備。
氫氣因其分子量小，非常容易泄漏。泄漏常發生在閥門和容器的連接部、閥門的填料蓋、安全閥、調節器、調節器接口、氣體軟管和管道的連接部等。氫氣泄漏時，首先要切斷所有的火源，然后堵漏、排風。廢氫氣可排到大氣中。
液氫也因其分子小，粘度很小，所以能從非常小的孔和縫隙中泄漏。液氫的泄漏盡管其量小，但是當它氣化后就變成數百倍液體容積的氣體，所以對它應高度重視。當液氫泄漏時，首先要關閉閥門等以切斷泄漏源，然后用惰性氣體來稀釋氫氣濃度使其在爆炸界限以下。
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