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氫氣的介紹
氫氣
1.別名                 英文名 Hydrogen.
2.用途
  氣體燃料,石油精煉,制造油脂、硬化油等人造奶油,甲醇、鹽酸、氨等的合成,焊接和金屬的切割,氣象觀測,玻璃的融化,冶金工業,冷卻劑(液氫),半導體制造用平衡氣、蝕刻氣、標準氣、零點氣、校正氣、熱氧化、外延、擴散、多晶硅、鎢化、離子注入、載流、燒結等。
3.制法
    (1)水電解法。
    (2)煤和焦碳的氣化法。
    C+H2O→H2+CO
    CO+H2O—→CO2+H2
    CO+3H2—→CH4+H2O
    CH4+H2O→Co+3H2
    CH4+CH2—→CO+H2
(3)石油或天然氣的分解法。
 CO+H2O—→CO2+H2
   (4)回收石油化工業副產品氣體中的氫。
    (5)回收食鹽電解副產品氣體中的氫。
    (6)回收煉鋼工業副產品氣體中的氫(煉焦爐氣、高爐氣和轉爐氣)。
4.理化性質
    分子量:    2.016
    熔點(101.325kPa):    -259.2℃
    沸點(101.325kPa):    -252.8℃
    液體密度(-252.766℃,101.325kPa):70.973kg/m3
    氣體密度(0℃,101.325kPa):0.0899kg/m3
    相對密度(25℃,101.325kPa,空氣=1):0.0695
    比容(21.1℃,101.325kPa):    11.9674m3/kg
    壓縮系數:
溫度 ℃     壓縮系數
         101.325kPa         1013.25kPa         10132.5kPa         50662.5kPa
25       1.001              1.006          1.0613            1.3244
50     1.000                    1.006             1.0579                  1.3014
臨界溫度:    -239.9℃
臨界壓力:    1297 kPa
臨界密度:    31.0 kg/m3
熔化熱(13.8K):    58.16kJ/kg
汽化熱(18K):457.80kJ/kg
比熱容(101.33kPa,273.15K):    Cp=14190J/(kg%26;#8226;K)
                                  Cv=10080J/(kg%26;#8226;K)
   比熱比(26.8℃,101.325kPa):    Cp/Cv=1.405
   蒸氣壓(16K):      21kPa
         (24K):      260kPa
           (32K):      1100kPa
    粘度(101.325kPa,25℃):0.00886mPa%26;#8226;S
    表面張力(液一氣介面,-258℃):  2.80 mN/m
    導熱系數(100kPa,270K):0.16705W/(m%26;#8226;K)
    折射率(20.33K,100kPa,液體,4047A):n=1.11262
          (20℃,101.325kPa,氣體):    n=1.0001297
    在空氣中可燃范圍(20℃,101.325kPa):    4.0~74.5%
    在空氣中低燃點(101.325kPa):  570℃
    在空氣中當量燃燒時火焰溫度:    1430℃
    在空氣中當量燃燒時大火焰速度:  2.65m/s
    在氧氣中可燃范圍(20℃,101.325kPa):4%~94%
    在氧氣中低自燃點(101.325kPa):560℃  
    在氧氣中當量燃燒時火焰溫度:    2830℃
    在氧氣中當量燃燒時大火焰速度:  14.36m/s
    在氧氣中當量燃燒時燃燒熱:    12761 J/m3(高)
                                  11506 J/m3(低)
    毒性級別:0
    易燃性級別(液氫):    4
    易爆性級別(液氫):0
    火災危險度:    極大
  氫是在已知氣體中輕的氣體。氫在常溫常壓下是無色無臭無味的可燃性氣體。它除因缺氧而引起窒息外,還沒有發現毒性。氫與空氣、氧、鹵素的親和力強。氫氣在空氣和氧氣中有很寬的可燃范圍。氫氣的燃點較高,但其點火能很小,所能很容易著火,在微小的靜電火花下也容易著火。這是一個具有特殊意義的性質。當它接觸明火或遇熱時就可燃燒,而且發出幾乎看不見的火焰。氫氣又是一種高能燃料,當與空氣或其它氧化劑結合著火時,以放熱或爆炸的方式釋放出大量的能量,其反應的猛烈程度取決于燃燒的條件。氫與鹵素氣體的混合物在日光下也能發生爆炸。氫與一氧化二氮的混合物的爆炸范圍為5.2%~80%,與一氧化氮混合物的爆炸范圍為13.5%~49%。氫氣的這一易燃易爆性是極其危險可怕的特性。氫又是很容易擴散和浸透的氣體,它非常容易泄漏,而且好停留在天花板等高處。
 低溫氫氣與常溫氫氣密度不同,當它從液態氫開始蒸發時比空氣重,沉積在地面上,等升溫后才開始擴散。冷氫氣遇到潮濕空氣時能形成濃霧,并由此可看出它擴散的跡象。但在可見到的濃霧外圍仍能形成爆炸性混合物。如果氫氣云在初閃速蒸發時著火,就會產生火球。
 氫的還原性很強,在高溫與金屬氧化物、金屬氯化物反應游離出金屬,所以它一般沒有腐蝕性。在白金等催化劑的作用下與有機化合物作用還原醛等不飽和烴。
    C2H2+H2—→C2H4
    C2H4+H2—→C2H6
    CH3CHO+H2—→CH3CH2OH
    CH3COOC2H5+2H2—→2CH3CH20H
    CH3COCH3+H2—→CH3CH—CH3
                OH
氫又能浸入金屬的晶格之間使晶格膨脹或變形,造成金屬材料的脆化。鋼材在高溫下產生如下脫碳反應而受氫的浸蝕。
     Fe3C+2H2—→CH4+3Fe
    氫氣能被過渡金屬可逆性地吸附或吸收而生成不定量的金屬氫化物。被吸收的氫氣的量在Pd、Pt、Ni、Ti、Fe等中較多,對Pd來說,它能吸收其體積800倍的氫氣。
    氫微溶于水,在20℃時吸收系數a為0.0182。
5.毒性
    氫氣本身無毒,吸入后仍以原形排出。它是一種窒息劑,但是在實際工作中因氫氣窒息而死亡的例子很少,然而,因氫氣引起的火災和爆炸事故卻不斷地發生。因此對氫氣的易燃易爆性應引起足夠地重視。
    氫氣一般充裝在高壓鋼瓶或液化后裝在低溫容器中。所以除了高壓氫氣的泄漏起火或爆炸的危險之外,還有被液氫冷燒傷的危險。
6.安全防護
    進行接觸液氫的工作時要穿戴護目鏡、防護鞋襪、干凈結實的手套、抗靜電工作服等防護用品。
    氣體氫要用高壓鋼瓶貯裝,液氫要用絕緣的容器或槽車貯運。搬運容器時要嚴防容器碰損。容器要存放在通風良好,陰涼干燥又能耐火的專門建筑物或室外。存放地點要遠離氧和氯的貯存容器,炸藥、毒物、放射性材料、過氧化有機物以及其它可燃材料。要避免陽光直射,溫度要保持40℃以下。密閉的存放容器室,其高低點處應保持足夠的通風以防氫氣停留。存放區內嚴禁煙火。可能的點火源有:燃著的香煙或煙葉、明火焰和電火花、焊接和切割時所產生的火花和熔化金屬、溫度高于540℃的熱表面或材料、材料沖擊時所產生的火花、靜電排除時所產生的電火花、帶有電火花接觸的正常電氣設備(包括內燃機)等。
    氫氣系統的設備管道要嚴格密封,嚴防泄漏或噴出。可以用肥皂液等表面活性材料探漏,但決不能用明火來探漏。氫氣有可用奧氐體不銹鋼、鋁、鋁合金等耐低溫材料。可以用聚四氟乙烯、能泄漏和停留的地方要設置檢測和報警裝置。
    氫是強還原劑,在正常條件下無腐蝕性。在室溫可以用碳鋼、不銹鋼、銅、銅合金、鋁和鋁合金等通用金屬材料。在高溫高壓下,碳鋼和低合金鋼受氫氣侵蝕,產生氫脆現象。低溫下可以聚三氟氯化乙烯聚合體和氟化橡膠。
    氫氣的火災具有與一般火災及其它氣體火災不同的獨特特征。所以,如果對氫氣這些特征不了解,則可能因處置方法不當而促成更大的災害。氫氣火災的特點有:
    (1)通常是因氫氣泄漏或噴出空氣中引起燃燒。
    (2)跑出開放空間的氫氣直接在大氣中擴散,但是跑入封閉空間的氛氣.如果不著火,則會組成爆炸范圍內的混合氣,停留在空間的上部。
    (3)氫氣的火焰用肉眼看不見。
    (4)在密閉空間,濃度處在爆炸范圍內的混合氣著火時,就可產生爆炸,而且它還可能使近處的可燃物著火,蔓延火災。
    (5)氫氣的著火能很小。所以氫氣的著火源除了明火之外還有電火花、靜電放電、撞擊火花等微小的火源。甚至從容器中噴出時也能著火。
    (6)當從容器中泄漏的氫氣著火時,容器本身受熱,或因外部火災而容器受熱,從而可能引起容器破裂或爆炸,造成二次火災。
    (7)噴出氫氣的火災,其火焰長度L和寬度W取決于噴出壓力P及噴出口直徑D。它們之間有如下近似關系。
  L/D=222.8P0.384
  W/D=27.60P0.451
     L、w、D的單位為m,P的單位為kg/cm2(絕對)。按這個式子推算從充氣壓力為150kg/cm2,閥門口徑為4mm的鋼瓶中噴出著火的氫氣火焰的大小為L=6.1m,W=1.05m。
    液氫火災的特點為:
    (1)燃燒火焰用肉眼看不見。
    (2)根據紫外線畫像裝置觀察,火焰的大小比汽油的火焰稍微大一些。
    (3)火焰的溫度和輻射熱也比汽油大一些。
    (4)液面下降的速度非常快,是汽油的約7倍。
    (5)液氫中容易混入空氣,混入空氣的液氫燃燒非常激烈,其火焰的大小增大2倍以上,輻射熱也大3倍以上。
    撲滅氫火焰有效的方法是切斷氣源。可以用粉沫滅火劑、霧狀水、二氧化碳、1211滅火劑、1301滅火劑等。滅火時要有一個安全的距離,而且要站在上風方向。火場中的氣體容器要澆水冷卻以防止升溫爆炸。
    液氫火災的滅火非常困難,即使在很小的液面上著的火也是用一般的滅火器無法熄滅的,需要用特殊的滅火設備。
    氫氣因其分子量小,非常容易泄漏。泄漏常發生在閥門和容器的連接部、閥門的填料蓋、安全閥、調節器、調節器接口、氣體軟管和管道的連接部等。氫氣泄漏時,首先要切斷所有的火源,然后堵漏、排風。廢氫氣可排到大氣中。
    液氫也因其分子小,粘度很小,所以能從非常小的孔和縫隙中泄漏。液氫的泄漏盡管其量小,但是當它氣化后就變成數百倍液體容積的氣體,所以對它應高度重視。當液氫泄漏時,首先要關閉閥門等以切斷泄漏源,然后用惰性氣體來稀釋氫氣濃度使其在爆炸界限以下。
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