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    氣體知識

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    氫氣《氣體應(yīng)用大全》

    2019-6-19 11:19:50

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    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(yè)，冷卻劑(液氫)，半導(dǎo)體制造用平衡氣、蝕刻氣、標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(yè)副產(chǎn)品氣體中的氫。
    (5)回收食鹽電解副產(chǎn)品氣體中的氫。
    (6)回收煉鋼工業(yè)副產(chǎn)品氣體中的氫(煉焦?fàn)t氣、高爐氣和轉(zhuǎn)爐氣)。
    4.理化性質(zhì)
    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(shù)：
    溫度 ℃
    壓縮系數(shù)
    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(dǎo)熱系數(shù)(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(dāng)量燃燒時火焰溫度： 1430℃
    在空氣中當(dāng)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(dāng)量燃燒時火焰溫度： 2830℃
    在氧氣中當(dāng)量燃燒時最大火焰速度： 14.36m/s
    在氧氣中當(dāng)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(zāi)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(fā)現(xiàn)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(zhì)。當(dāng)它接觸明火或遇熱時就可燃燒，而且發(fā)出幾乎看不見的火焰。氫氣又是一種高能燃料，當(dāng)與空氣或其它氧化劑結(jié)合著火時，以放熱或爆炸的方式釋放出大量的能量，其反應(yīng)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(fā)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(dāng)它從液態(tài)氫開始蒸發(fā)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(fā)時著火，就會產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)生如下脫碳反應(yīng)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(shù)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(zāi)和爆炸事故卻不斷地發(fā)生。因此對氫氣的易燃易爆性應(yīng)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(jìn)行接觸液氫的工作時要穿戴護目鏡、防護鞋襪、干凈結(jié)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(yán)防容器碰損。容器要存放在通風(fēng)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(yuǎn)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(yīng)保持足夠的通風(fēng)以防氫氣停留。存放區(qū)內(nèi)嚴(yán)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(chǎn)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(chǎn)生的火花、靜電排除時所產(chǎn)生的電火花、帶有電火花接觸的正常電氣設(shè)備(包括內(nèi)燃機)等。
    氫氣系統(tǒng)的設(shè)備管道要嚴(yán)格密封，嚴(yán)防泄漏或噴出?？梢杂梅试硪旱缺砻婊钚圆牧咸铰珱Q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?？梢杂镁鬯姆蚁⒛苄孤┖屯Ａ舻牡胤揭O(shè)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(chǎn)生氫脆現(xiàn)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(zāi)具有與一般火災(zāi)及其它氣體火災(zāi)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(dāng)而促成更大的災(zāi)害。氫氣火災(zāi)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(nèi)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(nèi)的混合氣著火時，就可產(chǎn)生爆炸，而且它還可能使近處的可燃物著火，蔓延火災(zāi)。
    (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(dāng)從容器中泄漏的氫氣著火時，容器本身受熱，或因外部火災(zāi)而容器受熱，從而可能引起容器破裂或爆炸，造成二次火災(zāi)。
    (7)噴出氫氣的火災(zāi)，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(guān)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(zāi)的特點為：
    (1)燃燒火焰用肉眼看不見。
    (2)根據(jù)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?？梢杂梅勰瓬缁饎?、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(fēng)方向?；饒鲋械臍怏w容器要澆水冷卻以防止升溫爆炸。
    液氫火災(zāi)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(shè)備。
    氫氣因其分子量小，非常容易泄漏。泄漏常發(fā)生在閥門和容器的連接部、閥門的填料蓋、安全閥、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)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(fēng)。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(dāng)它氣化后就變成數(shù)百倍液體容積的氣體，所以對它應(yīng)高度重視。當(dāng)液氫泄漏時，首先要關(guān)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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