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大火箭用的液氫燃料從哪里來的?

2020-01-04 14:48 作者:瀚海狼山  | 我要投稿



胖五遙3的成功,也是較大推力的氫氧火箭發(fā)動機的成功。因為胖五的芯級是YF77氫氧發(fā)動機,而第二級是YF25D氫氧發(fā)動機。要打地球同步衛(wèi)星、奔月、探測火星、以及更遠的深空任務,都離不開低溫高能的氫氧火箭發(fā)動機。所謂的低溫,就是用保溫設施,把氫和氧兩種物質(zhì)都保持在液態(tài)的狀態(tài)。從生產(chǎn)、儲存、加注、到火箭發(fā)動機工作期間,一直都是液態(tài)的。兩者相遇就可以自動反應燃燒。而燃燒的產(chǎn)物都是水蒸氣,是非常清潔的;高能,則在于液態(tài)氫和液態(tài)氧反應帶來的燃燒能量級很高,推力很大。所以叫低溫高能。這里面,液態(tài)氫是燃料,而液態(tài)氧是助燃劑,也就是氧化劑。氫這種元素,是宇宙中至今含量最大的物質(zhì)。因為氫的原子結構最簡單,被認為還是一種最年輕的物質(zhì)形態(tài)。目前宇宙中可見物質(zhì)中,

被認為氫元素仍然占宇宙物質(zhì)總量的85%以上,因此目前的宇宙還算整體上比較年輕。雖然氫在宇宙中含量第一,但是在地球表面卻含量很小。大氣層中含的天然氫氣可以忽略不計。根本無法直接收集利用。不過地球表面有大量的水,初中化學就告訴我們,可以直接電解水得到氧氣和氫氣。那么工業(yè)用的氫氣,特別是發(fā)射火箭用的液態(tài)氫,是工廠化直接電解水制造的嗎?其實不是這樣。到目前為止,大部分工業(yè)用氫和當做動力燃料的液態(tài)氫,都不是直接電解水而來。這是因為直接電解純水制造氫氣,需要消耗大量的電能,而且電解水得到的氫氣和氧氣容易混合,純度不高;而且比較危險。這也是所謂的加水就能跑的汽車。仍然是偏忽悠的一個技術原因。雖然汽車加水,再電解出氫氣然后再燃燒,確實有這樣的技術。



不過目前還解決不了電解水耗電比輸出的能量還多的老問題。因此即使目前已經(jīng)有直接消耗液態(tài)氫的汽車,但是氫的來源也不是直接往油箱里灌水,而是和加油一樣依靠特殊的加氫站點。那么汽車加氫站的和給火箭加注的液氫,又是從哪里來的呢?液氫是氫氣經(jīng)過降溫而得到的液體,是一種無色無味的高能低溫液體燃料。一個大氣壓下的正常氫沸點為20.37 K,-252.78℃,凝固點為13.96 K,-259.19℃,密度為 70.85 kg/m3。由以上數(shù)值可知液體氫的溫度非常低,已經(jīng)距離絕對零度只有十幾度。而且液氫密度很小,一立方的水是一噸,而一立方的液態(tài)氫只有70多公斤。液氫與液氧組成的雙組元低溫液體推進劑的能量極高,已廣泛用于航天和新能源汽車領域。瀚海狼山認為,目前的工業(yè)化制備液氫,主要是從三大類工廠得到。第一是,煉油廠的弛放氣;第二是氯堿廠的弛放氣;第三用天然氣、重油等加水反應制備。第三類產(chǎn)量最大,其工藝一般是生產(chǎn)化肥的副產(chǎn)品,因此有些化肥廠專門附帶大規(guī)模生產(chǎn)液氫。規(guī)?;a(chǎn)液氫的過程,可以大部分借助石化和化肥生產(chǎn)的工藝反應能源。



因此煉油廠和化肥廠批量制氫,比單純電解水成本低的多。所謂的弛放氣,也叫排放氣。是化工生產(chǎn)中的一種物料名稱。在許多化工生產(chǎn)中,會把不能再使用的低品味反應氣體排放出生產(chǎn)裝置,這部分氣體就稱為弛放氣。過去很多煉油廠,都有幾個高高的像火炬一樣的常年燃燒塔,其實就是燃燒掉馳放氣,這種裝置也往往成為石化煉油廠的標志,其實是一種資源浪費。從中就可以提煉分離95%純度以上的氫氣,再加壓提純就是液氫。


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