Реферат на тему Жидкий водород. Область применения и использования.

Содержание:

Введение. 2

1. Физико-химические свойства жидкого водорода. 3

2. Область применения жидкого водорода. 5

Заключение. 6

Список использованной литературы.. 7

Введение:

Водород один из наиболее перспективных источников
энергии. Его запасы на нашей планете практически безграничны. Кроме того, он
содержит в единице веса почти в 3 раза больше тепловой энергии, чем, например,
бензин.

Большое значение для практического применения имеет
преобразование химической энергии органического топлива в электрическую —
создание топливных элементов. Распространены низкотемпературные (150°С)
топливные элементы с жидким электролитом (концентрированные растворы серной или
фосфорной кислот и щелочей KОН). Топливом в элементах служит водород,
окислителем — кислород из воздуха.

Образование электроэнергии в элементе — это процесс
обмена электронами между горючим и окислителем с образованием нового соединения
— продукта реакции.

Отличие реакции в элементе от реакции окисления при
горении состоит в том, что в первом случае процессы протекают с точки зрения
термодинамики обратимо, т.е. разность энергий электронов у исходных веществ и
продуктов реакции непосредственно превращается в электроэнергию (упорядоченное
движение электронов). При горении же химическая энергия переходит в энергию
хаотического теплового движения атомов, молекул и их частей.

Топливный элемент — составная часть
электрохимического генератора, который, кроме того, содержит системы
кондиционирования, подготовки топлива, утилизации отходов и др. (рис. 4).
Первичным топливом могут быть метан, пары метанола, керосина, синтез-газ и т.д.
Коэффициенты полезного действия у генераторов с топливными элементами
изменяются от 30 % (двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины) до 60…65
% (энергоустановки с твердооксидными топливными элементами).

Заключение:

В России основная область потребления водорода –
производство химических продуктов, прежде всего аммиака и метанола.

Лидерами по потреблению водорода являются
предприятия, производящие аммиак NH3. Сейчас на 28 предприятиях в России
используется 2,46 млн.т. водорода в год.

Потребление водорода при синтезе метанола CH3OH
составило 0,6 млн.т. в 2013 г.

Потребление водорода в остальных сегментах химической
промышленности не превышает 90 тыс.т. – 3% от объема потребления.

Повышается потребность НПЗ в водороде, необходимом
для получения топлив из тяжелого высокосернистого сырья. Огромное количество
водорода требуется для установок гидрообессеривания, гидрокрекинга дистиллятов,
гидроочистки, изомеризации, производств смазочных материалов. Кроме того,
водород на НПЗ используется для активации катализаторов риформинга и
регенерации катализаторов изомеризации.

Основной областью применения водорода в металлургии
является производство металлизированного сырья методом прямого восстановления
железа. Сейчас в этом процессе потребляется около 320 тыс.т. водорода.

Значительные объемы водорода расходуются в
технологических процессах прокатного производства (при термической обработке
холоднокатаного проката). Потребление водорода – около 15 тыс.т. в год.

Водород на металлургических предприятиях используется
также для создания защитной азотно-водородной атмосферы при термообработке
труб.

В стекольной промышленности водород применяется при
производстве листового стекла float-методом, а также для получения кварцевого
стекла, которое изготавливают плавлением чистого горного хрусталя, кварца или
синтетического оксида кремния в водородно-кислородном пламени.

Фрагмент текста работы:

1. Физико-химические
свойства жидкого водорода Водород бесцветен, не имеет запаха, вкуса, не
токсичен и не ядовит. Он также не вызывает коррозии, но может охрупчивать
некоторые металлы. Водород-самый легкий и самый маленький элемент, и он
является газом в атмосферных условиях.

Природный газ и пропан также не имеют запаха, но
промышленность добавляет серосодержащий одорант, чтобы люди могли их
обнаружить. В настоящее время одоранты не используются с водородом, потому что
нет известных одорантов, достаточно легких, чтобы «путешествовать» с водородом
с той же скоростью диспергирования. Современные одоранты также загрязняют
топливные элементы, которые являются важным приложением для получения водорода.

Водород примерно в 57 раз легче паров бензина и в 14
раз легче воздуха. Это означает, что, если он высвобождается в открытой среде,
он обычно быстро поднимается и рассеивается. Это преимущество безопасности во
внешней среде.

Водород — это очень маленькая молекула с низкой
вязкостью, и поэтому он подвержен утечке. В замкнутом пространстве утечка
водорода может накапливаться и достигать огнеопасной концентрации. Любой газ,
кроме кислорода, является удушающим в достаточных концентрациях. В замкнутой
среде утечки любого размера вызывают беспокойство, так как водород не может
быть обнаружен человеческими органами чувств и может воспламеняться в широком
диапазоне концентраций в воздухе, как описано в разделе ниже. Правильная
вентиляция и использование датчиков обнаружения могут уменьшить эти опасности.

Водород имеет высокое содержание энергии по весу, но
не по объему, что является особой проблемой для хранения. Чтобы сохранить
достаточное количество водорода, его сжимают и хранят под высоким давлением. В
целях безопасности водородные резервуары оснащены устройствами для сброса
давления, которые предотвращают слишком высокое давление в резервуарах.

Температура самовоспламенения вещества-это самая
низкая температура, при которой оно самопроизвольно воспламеняется без
присутствия пламени или искры. Температуры самовоспламенения водорода и
природного газа очень похожи.

Диапазон воспламеняемости водорода (от 4% до 75% в
воздухе) очень широк по сравнению с другими видами топлива, как показано на
рис.3. При оптимальном режиме горения (отношение объема водорода к объему
воздуха составляет 29%) энергия, необходимая для инициирования горения
водорода, значительно ниже энергии, необходимой для других распространенных
видов топлива (например, небольшая искра воспламенит его). Но при низких
концентрациях водорода в воздухе энергия, необходимая для инициирования
горения, аналогична энергии других видов топлива.

Водород горит бледно-голубым пламенем, которое почти
невидимо при дневном свете, поэтому его почти невозможно обнаружить
человеческими органами чувств (см. видео характеристик водородного пламени в
разделе вспомогательные примеры в правой колонке этой страницы). Примеси, такие
как натрий из океанского воздуха или других горящих материалов, привнесут цвет
в водородное пламя. Датчики обнаружения почти всегда устанавливаются с
водородными системами, чтобы быстро идентифицировать любую утечку и свести к
минимуму вероятность незамеченного пламени.

Кроме того, пламя водорода излучает мало
инфракрасного (ИК) тепла, но значительное ультрафиолетовое (УФ) излучение. Это
означает, что, когда кто-то находится очень близко к водородному пламени,
возникает небольшое ощущение тепла, что делает непреднамеренный контакт с
пламенем значительным беспокойством. Чрезмерное воздействие ультрафиолета также
вызывает беспокойство, так как оно может привести к эффектам, подобным
солнечным ожогам.