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液氫的生產及應用
氫是一種理想的清潔能源。當前主要用作運載火箭的推進劑，在不久的將來，氫將成為飛機、汽車甚至家用燃料。以下是小編為大家整理的液氫的生產及應用，僅供參考，希望能夠幫助大家。
液氫的生產
把氫氣高壓制冷得到液態氫。
1、 在高壓下冷凍氫氣以獲得液態氫。
2、 液氫，俗稱液氫，是氫氣冷卻后得到的液體。
3、 液態氫需要保持在非常低的溫度下，在爾灣大約是零下攝氏度。
4、 它通常被用作火箭發射的燃料。
5、 液氫的密度約為每立方米千克(歐文下)，密度很小。
6、 沸點在零度以下，冰點在零度以下，沸點時每立方厘米的密度，是重要的高能低溫液體火箭燃料。
液氫技術發展史
1、第一個氫液化系統
1845年，英國物理學家、化學家——邁克爾法拉第發表了一篇關于氣體液化的論文。當時，他的研究方法能夠通過使用醚和固體二氧化碳，將制冷溫度下降到-110°C，而沸點低于該溫度的氣體，包括氫氣，被稱之為"永久氣體"。可以說，這一發現對人類化學研究做出突出貢獻。
1898年，詹姆斯德瓦爾爵士首次實現了氫液化，該工藝利用碳水化合物和液態空氣在180bar前冷卻壓縮氫氣，該系統與林德用于空氣液化的系統類似，為后來的氫液化技術發展奠定了堅實的基礎。
2、氫液化系統理論
1895年，由德國的卡爾馮林德和威廉漢普森分別獨立提出并發明了一種簡單的液化循環來液化空氣，所以也叫林德（或漢普遜）循環，即“節流循環”。節流循環是人類工業史上最早采用的氣體液化循環，因為這種循環的裝置簡單、運轉可靠，在小型氣體液化循環裝置中被廣泛采用。
然而，根據巴倫的解釋，由于氫的轉化溫度低，在低于80K時進行節流才有較明顯的制冷效應，林德-漢普森、林德雙壓力系統、級聯系統和海蘭德系統并不能用于液化氫，因此采用節流循環液化氫時，必須借助外部冷源（如液化氮）進行預冷，只有壓力高達10-15MPa時，溫度降至50-70K時進行節流，才能以較理想的液化率（24-25％）獲得液氫。
3、克勞德氫循環理論
在第一個林德-漢普森系統提出的幾年后，1902年，法國的喬治克勞德發明成功研制出了新的空氣液化工藝，首先實現了帶有活塞式膨脹引擎的空氣液化循環，也叫“克勞德液化循環”，其溫度遠低于林德提出的等焓的膨脹產生的溫度。
該理論證明，在絕熱條件下，壓縮氣體經膨脹機膨脹并對外作功，可獲得更大的溫降和冷量。因此，目前在氣體液化和分離設備中，帶膨脹機的液化循環的應用最為廣泛。
4、克勞德預冷卻液化理論
Timmerhaus 和 Flynn 解釋，如果“克勞德液化循環”使用“液氮“用于預冷卻，與林德-漢普森循環相比，液化效率比預冷卻的方式將會提高到 50-70%，南迪和薩拉尼對兩個理念進行比較，發現預冷卻林德-漢普森周期的質量曲線（FOM）低于標準的預冷卻克勞德理論，正如南迪等人所解釋的那樣，克勞德循環是大多數其他傳統液化循環的基礎。
德國慕尼黑附近的因戈爾施塔特的氫液化廠，是目前使用改良預冷卻克勞德循環后的一個例子，該廠自1992年開始運行。
5、氦-制冷氫液化系統
正如南迪、薩蘭吉和巴倫的發現，二次氦氣冷箱也可以用來液化氫，但該系統從未用于任何實際的大型工廠，這種循環用氦作為制冷工質，由氦制冷循環提供氫冷凝液化所需的冷量，被稱之為“氦-制冷氫液化系統”。
1966年，中國航天工業總公司101所建成投產的100L／h氫液化裝置，在氫氣壓力為1.3-1.5MPa，液氮蒸發溫度為66K左右時，生產正常氫的液化率可達25％（100L／h），生產液態仲氫（仲氫濃度大于95％）時，液化率將下降30％，即每小時生產70L液態仲氫。該裝置自1966年建成投產到80年代未退役之前，所生產的液氫基本上滿足了我國第一代氫一氧發動機研制試驗的需要。
1995 年，中國航天工業總公司101所從《瑞士林德公司》引進的300L／h氫液化裝置采用氦制冷氫液化循環，后期又陸續引進了液化空氣集團的氦制冷氫液化機，保障了我國液氫作為燃料的航天器的燃料供應。
關于氫液化循環技術的比較
從氫液化單位能耗來看，以液氮預冷帶膨脹機的液化循環最低，節流循環最高，氦制冷氫液化循環居中。節流循環，雖然效率不高，但流程簡單，沒有在低溫下運轉的部件，可靠性強，所以在小型氫液化裝置中應用較多。
氦制冷氫液化循環，消除了處理高壓氫的危險，運轉安全可靠，但氦制冷系統設備復雜，故在氫液化當中應用不很多。所以，從熱力學觀點來說，帶膨脹機的循環效率最高，因此在大型氫液化裝置上得到廣泛采用。
事實上，氦制冷氫液化循環并不是最理想的，但航天工業總公司101所新近引進的300L／h氫液化裝置卻采用這種循環，主要是由我國的環境條件決定的。每小時300L的液氫產量，就工業生產來說，屬于中小型裝置，我國在中小型氫液化所需的膨脹機，尤其是透平膨脹機的研制方面成果甚少，而林德公司在中小型氦透平膨脹機研制方面，具有很強的技術優勢，其產品質量可靠、效率高，用它構成的氦制冷系統，運行平穩、可靠，運行控制實現全自動。所以，利用氦制冷系統組成的氫液化系統，很適宜我國當時氫液化技術發展狀態。
也正是通過一年多的調試、試生產，逐步證明了液化系統性能的安全性、可靠性和高效率。如果能夠把與其配套的氫氣生產、純化和液氮供應等系統更加完善一些，這套裝置不失為一套較理想的中小型氫液化裝置。
國內外液氫生產狀況
無論是美國、歐洲、日本，還是中國，對液氫的需求最初都是隨著航天事業的發展而不斷進步的。
美國從50年代后期開始以工業規模生產液氫，所生產的液氫除供應大型火箭發動機試研場和火箭發射基地外，還供應大學、研究所、液氫氣泡室、食品工業、化學工業、半導體工業、玻璃工業等部門。美國的工業規模氫液化設備，都是1957年以后建成投產的，隨著美國宇航工業的需要，1965一1970年液氫生產達到了歷史最高水平，日產液氫約220t。歐洲、日本，雖然都有工業規模生產裝置，但其生產規模、液氫產量，尤其是產品價格，根本無法與美國相比。
目前，在歐、美、日等地區和國家，液氫技術的發展已經相對成熟，液氫儲運等環節已進入規模化應用階段，而我國由于液氫技術仍處于起步階段，氫液化系統核心設備仍然依賴進口，主要應用于航天領域，且產能較低、成本過高，民用領域應用仍處于空白狀態，僅在西昌、文昌航天101所有4臺液化系統。
但是，大型氫液化裝置及關鍵設備的國產化研究，在中科院理化所等相關科研機構的努力推動下，已基本掌握了氦制冷機循環預冷型大型氫液化器設計制造的關鍵技術。
未來，將逐步向民用、商用化進程轉變，但受液氫自身性質、國家政策以及行業整體發展等多種因素的影響，液氫發展需要企業率先進行項目示范，尤其生產運營過程中的安全是第一要素，也是這個產業能否健康發展的重中之重。
液氫的應用
目前階段液氫技術鏈，包括生產、儲存、運輸應用。具體如下圖所示。關于全球液氫工廠的分布情況，液氫工廠主要在北美，美國和加拿大占很大一部分，約占全球液氫產量的83%左右，而日本占比只有9%我國當前產能較低，氫液化設備被美國AP、普萊克斯，法國液空，德國林德等廠商壟斷。Air Products、Praxair 分列北美第一、二大液氫供應商壟斷90%市場。
同時目前在美國等液氫廠的液氫儲存太多采用球形儲罐方式。另外，美國氫能在加州發展最快，主要得益于西部液氫站布局。再看國外代表性液氯儲蓄情況，左圖是NASA航天發射運輸液氯的公路槽車，容積75.5m，右圖是容積910m 液氯駁船。再看下圖，這是40英尺罐箱容積約40m。
氫能交通領域國外加氫站分布方面，美國、德國、日本1/3以上的加氫站為液氫儲供。液氫存儲有兩種技術路線，分別是氣氫加注和液氫加注。氣氫加注型加氫，早期加氫站路線的能耗為4-6kWh/kgH2，林德加氫站路線的能耗低至1kWh/kgLH2。液氫加注型加氫，直接加注液氫路線能耗幾乎為零。
液氫冷量還可為車上所用-車用空調，冷藏車等。梅賽德斯奔馳Actros GenH2卡車將擁有高達 1000公里甚至更高的續航里程。
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