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化工尾气再回收制氢气储存的可行性分析

作者:user 来源:  日期:2020-01-07 22:26

化工尾气的处理一直是一个备受讨论而且具有极其深刻现实意义的问题,尾气一旦没有处理清楚那么就会对环境造成极大的影响,而且也是极大的资源浪费。随着科技的不断发展,化工尾气处理的技术也呈现出越来越纯熟,越来越向可持续化发展的趋势。而化工尾气排出物中的氢,是备受关注的一部分,其原因就是他存在着极大的危险性,极有可能在操作不当的情况下出现事故,然而他还存在着极高的回收价值,其可再次利用潜力非常大。对氢气的回收再利用从宏观层面来说为了达到可持续发展的战略目的,从微观上来说为了达到真正为企业做到节能减排,企业创造更高的价值。本文的行文思路便是对排出气体中的氢的回收利用以及回收后的保存进行研究,从而得出结论,真正的为我国化工产业方面做到节能减排,可持续发展尽自己的一份力量。 
1 研究意义及目的 
  众所周知,氢气是一种用途非常广泛,燃烧效果好,产生热量多而且燃烧产物基本没有污染的能源,也正是因为这样的特点,才被广泛应用于各个领域,尤其是化工领域,氢气已经逐渐成为最受欢迎的能源之一。近些年来,随着可持续发展逐渐被世界各国所认同,大量国家都开始投入资金力求在氢气技术的使用,储存,回收领域投入了大量的人力物力,我国从长远的角度出发,对此也是大为重视,甚至上升到了国家发展战略层面。据相关数据表明,我国年氢气使用量已经超过6万亿立方米,已经成为世界上最大的氢气使用国之一;同时为了随着科技的进步以及我国经济发展的速度不断加快,我国石油化工、半导体、食品等各个领域的发展速度都可以说是日新月异的,为了能够满足这样的发展势头,就不得不将氢气的发展作为未来燃料发展的重心,我们有理由相信氢气将变为未来的最重要的能源,因此这片蓝海就会成为各个方面追逐利益的核心区域,能够抢占这一部分市场,那么得到的经济利益将是巨大的。我们的研究意义也正是着手于此,将化工企业产生的废气中的氢气进行回收,并加以利用。这样我们就相当于有了一个氢气的产出源,在很大程度上节约了成本,也做到了对尾气的处理净化。 
  2 氢气的回收再利用 
  2.1 氢气的储存 
  我们通常意义上说的氢都是以气态的氢,也就是我们说的氢气,但是氢气在储存和运输上存在着诸多难题,因此,如何对氢气进行处理从而方便存储就成为我们氢气回收再利用的首要问题。目前世界各国对于氢的储存有很多方法,公认的比较好的有三种,分别是:高压气态储存方法;低温液氢储存方法;金属氢化物储存方法。 
  2.1.1 高压气态储存 
  气态的氢一般都会被储存于地下的库房中,有时也被存储于特质的钢瓶里。气态的氢所占体积较大,为了达到储存更多的目的,就必须将氢气进行压缩,然而这种方法所需要的技术要求过高,而且存在着极大的危险性。因此使用率并不是很高。 
  2.1.2 低温液氢储存 
  当氢气被冷却至-254℃的时候,就会以液体的状态呈现,这样相对来说,可以减少氢的体积,之后就可以把他储存于特制的高真空的绝热容器里。这种方式被应用于航空航天技术中,但是这种方式的成本高,同时危险性较高,容易泄露(见表1)。 
  2.1.3 金属氢化物储氢合金储存 
  氢和氢化金属的反应是存在可逆性的。我们可以通过加金属氢化物,这样就能达到我们最终得到氢气的目的。反之,我们也可以通过让氢与氢化金属进行作用最终得到氢化物这一过程,最终就将氢以固态结合物的状态被保存下来了。对此我们可以通过化学反应方程式:2/nX+H2→2/nXHn±△H (热)进行表述。也正是因为氢的化学性质比较活跃,和大多数金属合金都能进行反应从而形成金属氢化物,同时在反应过程中也会产生大量热量;而金属氢化物在吸收大量的热量之后也会释放氢气,从而达到我们的目的。该反应的正向我们可以理解为是储氢的过程、逆向则是释放氢的过程。方程式中的X我们可以理解成储藏氢的合金,其中蕴含着两种或两种以上的金属。我们也正是通过对相关的温度和压力等一系列条件进行变更,从而保证反应向我们需要的方向进行,最终达到氢气的储存和释放。氢吸附于固体合金的表层,在反应之后分解为氢原子,氢原子再不断的进行扩散最终进入到合金的晶格中,并随机分布,最终形成固溶体,我们可以称之α相。在晶格的内部,氢原子占据部分晶格位置,最终形成了金属氢化物,我们可以称之β相。当今国际上对储氢合金的研究取得了突破性的进展,目前已经得到了许多经过试验的储氢合金。一般来说,我们可以将其分成四大类,分别是:稀土镧镍等,单位镧镍合金的储氢量可达153;铁钛系,这类合金普遍被认为是现如今应用领域最广,使用率最高的材料,储氢量高达700,同时他还具有性价比高、操作难度小,还可在常温常压下释放氢,给使用带来极大的便利性等一系列优点;镁系,这类核心有一个很大的缺点就是需要在287℃时才能打到释放氢的目标,而且吸氢过程所需时间长,虽然这种释放氢的效果较好但是使用率却一直不高;最后一类是钒、铌、锆等多元素系,这类金属本身属稀贵金属,因此直接就限制了这种合金的使用。 
  2.2 金属氢化物储氢优势分析 
  2.2.1 氢气纯度高 
  氢分子可以通过合金的催化以氢原子的状态呈现,而后氢原子可以继续向金属内部进行扩散,最后氢原子会被储存在金属晶格内,这样排除其他杂质之后得到的氢在通过处理变成氢分子的纯度就非常高了,通常来说都大于99.9999%。 
  2.2.2 寿命长 
  储氢合金通常可以反复地吸放氢,而不减少其储氢容量,而且某些性能较好的合金的储氢容量即使被降低也是可以再重生的,同时储氢合金的使用寿命通常都比较长,能够满足正常的需求。同时它们具备既可作为氢燃料和氢物料的供应源,还能吸收废热,储存太阳能等优点。 
  因此我们使用该方法能够不断的提升安全性,保证没有泄漏,还能减少能源的损耗,最大限度上做到可持续发展。 
  3 氢气的运输 
  氢具有较好的可运输性,但是在实际应用中还是存在着许多的问题。首先,由于氢的质量特别小,因此特别轻,单位质量的氢的所需空间就非常大,甚至液态氢也具有这样的特点。其次,氢经常发生泄漏事故,举例:将氢作燃料的汽车作为样本进行观测,发现即使燃料容器密封非常好,会发生泄漏,甚至每24小时的泄漏率高达2%,对比汽油的每个月泄漏1%可谓是非常巨大的。因此如何对储氢容器以及相关的接头进行密封处理就成为运输的关键。第三,液氢的温度极低,经常出现冻伤工作人员的情况,如何搬运就成了极大的难题。 
  4 总结 
  对于化工废气中的氢的回收利用已经成为当今的一个重点研究方向,在未来极有可能对整个经济的发展,科技的发展,环境的保护产生巨大的影响。因此我们必须将这个课题深入研究,让真正的做到变废为宝,节能减排,可持续发展。本文较为深入的研究了这个问题,希望真正的能将这一理论付诸实践,改善废气的治理,也为企业提升利润率。 

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