氫氣是如何液化的?一起揭開液氫的面紗。

2022年6月5日10時44分,一陣驚天動地的巨響過后,搭載著神舟十四號飛船的長征二號F運載火箭,從大漠深處的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心拔地而起,飛赴蒼穹。這是中國空間站建造階段的首次載人飛行,也是中國人的第9次太空遠征。
那么究竟是何種燃料才能助推這“大家伙”一飛沖天?液氫就是其中最重要的燃料之一。(液氫:終于輪到我出場了。)
液氫是什么?
氫氣在自然界中通常是以無色無味的氣體狀態(tài)存在,通過預(yù)冷、節(jié)流和換熱等過程,就能獲得液氫。液氫是一種無色、無味的高能液體燃料,大氣壓(101325Pa)下,液氫的飽和溫度約為-252.87℃,飽和密度約為70.8kg/m3。
經(jīng)濟性:液氫密度為氣態(tài)氫的845倍。在相同儲氫體積下,液氫可大幅提升儲氫量。液氫質(zhì)量儲氫密度為14%,是目前儲氫密度最高的儲氫方式。
高效性:在氫氣液化過程中,有害雜質(zhì)被固化,再次汽化使用時,氫氣純度等級可達6-7N,可有效提高氫燃料電池的電量和壽命。
安全性:液氫儲運工作壓力1-1.3bar,相比于壓縮氣氫安全性較高。
液氫:我的儲運不簡單

液氫儲運是液氫產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是連接液氫工廠和液氫用戶的紐帶,直接影響氫源的地域配置優(yōu)化。液氫的存儲技術(shù)關(guān)鍵在于液氫儲罐,而液氫運輸技術(shù)關(guān)鍵則在于運輸設(shè)備。
液氫的存儲需使用具有良好絕熱性能的低溫液體存儲容器,也稱液氫儲罐。液氫儲罐有多種類型,根據(jù)其使用形式可分為固定式、移動式、罐式集裝箱等;按絕熱方式可分為普通堆積絕熱和真空絕熱兩大類。

液氫的運輸
陸運為公路或鐵路運輸,采用的運輸工具為液氫槽車,液氫公路或鐵路槽車一般裝載圓柱形液氫儲罐,公路運輸?shù)囊簹鋬奕莘e不超過65m3,鐵路運輸?shù)奶厥獯笕萘恳簹鋬奕莘e最高達到200m3。
液氫可采用船舶進行海運,船上可裝載較大容量的液氫儲罐,將液氫由海路進行長距離的運輸,用于船運的液氫儲罐最大容積可達到1000m3,并且無需經(jīng)過人口密集區(qū)域,相較于陸運更加安全、經(jīng)濟。
液氫也可以用管道輸送,但由于液氫溫度極低,對液氫輸送管路的低溫性能和絕熱性能要求較高,不適用于遠距離輸送(<2km),一般用于航天發(fā)射場或航天發(fā)動機試驗場內(nèi)的液氫輸送。

液氫:應(yīng)用現(xiàn)狀
液氫作為軍民兩用高端技術(shù),美國長期實行技術(shù)封鎖。2015年,我國實現(xiàn)了火箭發(fā)射場用300m3大型液氫罐的自主設(shè)計和小批量生產(chǎn),打破了發(fā)達國家在液氫儲存領(lǐng)域的壟斷。
但由于國內(nèi)起步較晚,與國外存在較大的差距。我國亟需加快液氫民用和項目示范,通過市場的力量進一步推動技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)化步伐。

在氫能應(yīng)用中,由于液氫儲運運量更大、純度高、充裝更快、占地更小,將成為未來更大加氫需求下的更優(yōu)選擇。
目前,我國液氫技術(shù)和裝備長期局限在航天軍工領(lǐng)域,雖然航天領(lǐng)域中液氫技術(shù)已經(jīng)比較純熟,但是民用領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)和裝備缺失,液氫產(chǎn)量低。
與國外相比,液氫的產(chǎn)量和應(yīng)用還有顯著差距,隨著氫能發(fā)展趨勢和政策的引導(dǎo),國內(nèi)液氫日益趨近民用市場,但液氫民用之路仍“道阻且長”。
