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    氢气《气体应用大全》

    2014-3-7 0:11:23

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     H2
    1.别名·英文名
    Hydrogen.
    2.用途
    气体燃料,石油精炼,制造油脂、硬化油等人造奶油,甲醇、盐酸、氨等的合成,焊接和金属的切割,气象观测,玻璃的融化,冶金工业,冷却剂(液氢),半导体制造用平衡气、蚀刻气、标准气、零点气、校正气、热氧化、外延、扩散、多晶硅、钨化、离子注入、载流、烧结等。
    3.制法
    (1)水电解法。
    (2)煤和焦碳的气化法。
    C+H2OH2+CO
    CO+H2O—→CO2+H2
    CO+3H2—→CH4+H2O
    CH4+H2OCo+3H2
    CH4+CH2—→CO+H2
    (3)石油或天然气的分解法。

    CO+H2O—→CO2+H2
    (4)回收石油化工业副产品气体中的氢。
    (5)回收食盐电解副产品气体中的氢。
    (6)回收炼钢工业副产品气体中的氢(炼焦炉气、高炉气和转炉气)。
    4.理化性质
    分子量: 2.016
    熔点(101.325kPa): -259.2
    沸点(101.325kPa): -252.8
    液体密度(-252.766101.325kPa):70.973kg/m3
    气体密度(0101.325kPa):0.0899kg/m3
    相对密度(25101.325kPa,空气=1):0.0695
    比容(21.1101.325kPa): 11.9674m3/kg
    压缩系数:
    温度 ℃
    压缩系数
    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
    临界温度: -239.9
    临界压力: 1297 kPa
    临界密度: 31.0 kg/m3
    熔化热(13.8K): 58.16kJ/kg
    汽化热(18K):457.80kJ/kg
    比热容(101.33kPa,273.15K): Cp=14190J/(kg·K)
    Cv=10080J/(kg·K)
    比热比(26.8101.325kPa): Cp/Cv=1.405
    蒸气压(16K): 21kPa
    (24K): 260kPa
    (32K): 1100kPa
    粘度(101.325kPa,25):0.00886mPa·S
    表面张力(液一气介面,-258): 2.80 mN/m
    导热系数(100kPa,270K):0.16705W/(m·K)
    折射率(20.33K,100kPa,液体,4047A):n=1.11262
    (20101.325kPa,气体): n=1.0001297
    在空气中可燃范围(20101.325kPa): 4.0~74.5%
    在空气中最低燃点(101.325kPa): 570
    在空气中当量燃烧时火焰温度: 1430
    在空气中当量燃烧时最大火焰速度: 2.65m/s
    在氧气中可燃范围(20101.325kPa):4%~94%
    在氧气中最低自燃点(101.325kPa):560
    在氧气中当量燃烧时火焰温度: 2830
    在氧气中当量燃烧时最大火焰速度: 14.36m/s
    在氧气中当量燃烧时燃烧热: 12761 J/m3(高)
    11506 J/m3(低)
    毒性级别:0
    易燃性级别(液氢): 4
    易爆性级别(液氢):0
    火灾危险度: 极大
    氢是在已知气体中最轻的气体。氢在常温常压下是无色无臭无味的可燃性气体。它除因缺氧而引起窒息外,还没有发现毒性。氢与空气、氧、卤素的亲和力强。氢气在空气和氧气中有很宽的可燃范围。氢气的燃点较高,但其点火能很小,所能很容易着火,在微小的静电火花下也容易着火。这是一个具有特殊意义的性质。当它接触明火或遇热时就可燃烧,而且发出几乎看不见的火焰。氢气又是一种高能燃料,当与空气或其它氧化剂结合着火时,以放热或爆炸的方式释放出大量的能量,其反应的猛烈程度取决于燃烧的条件。氢与卤素气体的混合物在日光下也能发生爆炸。氢与一氧化二氮的混合物的爆炸范围为5.2%~80%,与一氧化氮混合物的爆炸范围为13.5%~49%。氢气的这一易燃易爆性是极其危险可怕的特性。氢又是很容易扩散和浸透的气体,它非常容易泄漏,而且好停留在天花板等高处。
    低温氢气与常温氢气密度不同,当它从液态氢开始蒸发时比空气重,沉积在地面上,等升温后才开始扩散。冷氢气遇到潮湿空气时能形成浓雾,并由此可看出它扩散的迹象。但在可见到的浓雾外围仍能形成爆炸性混合物。如果氢气云在最初闪速蒸发时着火,就会产生火球。
    氢的还原性很强,在高温与金属氧化物、金属氯化物反应游离出金属,所以它一般没有腐蚀性。在白金等催化剂的作用下与有机化合物作用还原醛等不饱和烃。
    C2H2+H2—→C2H4
    C2H4+H2—→C2H6
    CH3CHO+H2—→CH3CH2OH
    CH3COOC2H5+2H22CH3CH20H
    CH3COCH3+H2—→CH3CHCH3
    | OH
    氢又能浸入金属的晶格之间使晶格膨胀或变形,造成金属材料的脆化。钢材在高温下产生如下脱碳反应而受氢的浸蚀。
    Fe3C+2H2—→CH4+3Fe
    氢气能被过渡金属可逆性地吸附或吸收而生成不定量的金属氢化物。被吸收的氢气的量在Pd、Pt、Ni、Ti、Fe等中较多,对Pd来说,它能吸收其体积800倍的氢气。
    氢微溶于水,在20时吸收系数a为0.0182。
    5.毒性
    氢气本身无毒,吸入后仍以原形排出。它是一种窒息剂,但是在实际工作中因氢气窒息而死亡的例子很少,然而,因氢气引起的火灾和爆炸事故却不断地发生。因此对氢气的易燃易爆性应引起足够地重视。
    氢气一般充装在高压钢瓶或液化后装在低温容器中。所以除了高压氢气的泄漏起火或爆炸的危险之外,还有被液氢冷烧伤的危险。
    6.安全防护
    进行接触液氢的工作时要穿戴护目镜、防护鞋袜、干净结实的手套、抗静电工作服等防护用品。
    气体氢要用高压钢瓶贮装,液氢要用绝缘的容器或槽车贮运。搬运容器时要严防容器碰损。容器要存放在通风良好,阴凉干燥又能耐火的专门建筑物或室外。存放地点要远离氧和氯的贮存容器,炸药、毒物、放射性材料、过氧化有机物以及其它可燃材料。要避免阳光直射,温度要保持40以下。密闭的存放容器室,其高低点处应保持足够的通风以防氢气停留。存放区内严禁烟火。可能的点火源有:燃着的香烟或烟叶、明火焰和电火花、焊接和切割时所产生的火花和熔化金属、温度高于540的热表面或材料、材料冲击时所产生的火花、静电排除时所产生的电火花、带有电火花接触的正常电气设备(包括内燃机)等。
    氢气系统的设备管道要严格密封,严防泄漏或喷出。可以用肥皂液等表面活性材料探漏,但决不能用明火来探漏。氢气有可用奥氐体不锈钢、铝、铝合金等耐低温材料。可以用聚四氟乙烯、能泄漏和停留的地方要设置检测和报警装置。
    氢是强还原剂,在正常条件下无腐蚀性。在室温可以用碳钢、不锈钢、铜、铜合金、铝和铝合金等通用金属材料。在高温高压下,碳钢和低合金钢受氢气侵蚀,产生氢脆现象。低温下可以聚三氟氯化乙烯聚合体和氟化橡胶。
    氢气的火灾具有与一般火灾及其它气体火灾不同的独特特征。所以,如果对氢气这些特征不了解,则可能因处置方法不当而促成更大的灾害。氢气火灾的特点有:
    (1)通常是因氢气泄漏或喷出空气中引起燃烧。
    (2)跑出开放空间的氢气直接在大气中扩散,但是跑入封闭空间的氛气.如果不着火,则会组成爆炸范围内的混合气,停留在空间的上部。
    (3)氢气的火焰用肉眼看不见。
    (4)在密闭空间,浓度处在爆炸范围内的混合气着火时,就可产生爆炸,而且它还可能使近处的可燃物着火,蔓延火灾。
    (5)氢气的着火能很小。所以氢气的着火源除了明火之外还有电火花、静电放电、撞击火花等微小的火源。甚至从容器中喷出时也能着火。
    (6)当从容器中泄漏的氢气着火时,容器本身受热,或因外部火灾而容器受热,从而可能引起容器破裂或爆炸,造成二次火灾。
    (7)喷出氢气的火灾,其火焰长度L和宽度W取决于喷出压力P及喷出口直径D。它们之间有如下近似关系。
    L/D=222.8P0.384
    W/D=27.60P0.451
    L、w、D的单位为m,P的单位为kg/cm2(绝对)。按这个式子推算从充气压力为150kg/cm2,阀门口径为4mm的钢瓶中喷出着火的氢气火焰的大小为L=6.1m,W=1.05m。
    液氢火灾的特点为:
    (1)燃烧火焰用肉眼看不见。
    (2)根据紫外线画像装置观察,火焰的大小比汽油的火焰稍微大一些。
    (3)火焰的温度和辐射热也比汽油大一些。
    (4)液面下降的速度非常快,是汽油的约7倍。
    (5)液氢中容易混入空气,混入空气的液氢燃烧非常激烈,其火焰的大小增大2倍以上,辐射热也大3倍以上。
    扑灭氢火焰最有效的方法是切断气源。可以用粉沫灭火剂、雾状水、二氧化碳、1211灭火剂、1301灭火剂等。灭火时要有一个安全的距离,而且要站在上风方向。火场中的气体容器要浇水冷却以防止升温爆炸。
    液氢火灾的灭火非常困难,即使在很小的液面上着的火也是用一般的灭火器无法熄灭的,需要用特殊的灭火设备。
    氢气因其分子量小,非常容易泄漏。泄漏常发生在阀门和容器的连接部、阀门的填料盖、安全阀、调节器、调节器接口、气体软管和管道的连接部等。氢气泄漏时,首先要切断所有的火源,然后堵漏、排风。废氢气可排到大气中。
    液氢也因其分子小,粘度很小,所以能从非常小的孔和缝隙中泄漏。液氢的泄漏尽管其量小,但是当它气化后就变成数百倍液体容积的气体,所以对它应高度重视。当液氢泄漏时,首先要关闭阀门等以切断泄漏源,然后用惰性气体来稀释氢气浓度使其在爆炸界限以下。
     
     
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