化工尾氣再回收制氫氣儲(chǔ)存的可行性分析

張力弓

摘 要：化工尾氣的處理一直是一個(gè)備受討論而且具有極其深刻現(xiàn)實(shí)意義的問(wèn)題，尾氣一旦沒(méi)有處理清楚那么就會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的影響，而且也是極大的資源浪費(fèi)。隨著科技的不斷發(fā)展，化工尾氣處理的技術(shù)也呈現(xiàn)出越來(lái)越純熟，越來(lái)越向可持續(xù)化發(fā)展的趨勢(shì)。而化工尾氣排出物中的氫，是備受關(guān)注的一部分，其原因就是他存在著極大的危險(xiǎn)性，極有可能在操作不當(dāng)?shù)那闆r下出現(xiàn)事故，然而他還存在著極高的回收價(jià)值，其可再次利用潛力非常大。對(duì)氫氣的回收再利用從宏觀層面來(lái)說(shuō)為了達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目的，從微觀上來(lái)說(shuō)為了達(dá)到真正為企業(yè)做到節(jié)能減排，企業(yè)創(chuàng)造更高的價(jià)值。本文的行文思路便是對(duì)排出氣體中的氫的回收利用以及回收后的保存進(jìn)行研究，從而得出結(jié)論，真正的為我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)方面做到節(jié)能減排，可持續(xù)發(fā)展盡自己的一份力量。

關(guān)鍵詞：回收；可持續(xù)發(fā)展；節(jié)能減排

1 研究意義及目的

眾所周知，氫氣是一種用途非常廣泛，燃燒效果好，產(chǎn)生熱量多而且燃燒產(chǎn)物基本沒(méi)有污染的能源，也正是因?yàn)檫@樣的特點(diǎn)，才被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是化工領(lǐng)域，氫氣已經(jīng)逐漸成為最受歡迎的能源之一。近些年來(lái)，隨著可持續(xù)發(fā)展逐漸被世界各國(guó)所認(rèn)同，大量國(guó)家都開(kāi)始投入資金力求在氫氣技術(shù)的使用，儲(chǔ)存，回收領(lǐng)域投入了大量的人力物力，我國(guó)從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度出發(fā)，對(duì)此也是大為重視，甚至上升到了國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略層面。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)年氫氣使用量已經(jīng)超過(guò)6萬(wàn)億立方米，已經(jīng)成為世界上最大的氫氣使用國(guó)之一；同時(shí)為了隨著科技的進(jìn)步以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度不斷加快，我國(guó)石油化工、半導(dǎo)體、食品等各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展速度都可以說(shuō)是日新月異的，為了能夠滿足這樣的發(fā)展勢(shì)頭，就不得不將氫氣的發(fā)展作為未來(lái)燃料發(fā)展的重心，我們有理由相信氫氣將變?yōu)槲磥?lái)的最重要的能源，因此這片藍(lán)海就會(huì)成為各個(gè)方面追逐利益的核心區(qū)域，能夠搶占這一部分市場(chǎng)，那么得到的經(jīng)濟(jì)利益將是巨大的。我們的研究意義也正是著手于此，將化工企業(yè)產(chǎn)生的廢氣中的氫氣進(jìn)行回收，并加以利用。這樣我們就相當(dāng)于有了一個(gè)氫氣的產(chǎn)出源，在很大程度上節(jié)約了成本，也做到了對(duì)尾氣的處理凈化。

2 氫氣的回收再利用

2.1 氫氣的儲(chǔ)存

我們通常意義上說(shuō)的氫都是以氣態(tài)的氫，也就是我們說(shuō)的氫氣，但是氫氣在儲(chǔ)存和運(yùn)輸上存在著諸多難題，因此，如何對(duì)氫氣進(jìn)行處理從而方便存儲(chǔ)就成為我們氫氣回收再利用的首要問(wèn)題。目前世界各國(guó)對(duì)于氫的儲(chǔ)存有很多方法，公認(rèn)的比較好的有三種，分別是：高壓氣態(tài)儲(chǔ)存方法；低溫液氫儲(chǔ)存方法；金屬氫化物儲(chǔ)存方法。

2.1.1 高壓氣態(tài)儲(chǔ)存

氣態(tài)的氫一般都會(huì)被儲(chǔ)存于地下的庫(kù)房中，有時(shí)也被存儲(chǔ)于特質(zhì)的鋼瓶里。氣態(tài)的氫所占體積較大，為了達(dá)到儲(chǔ)存更多的目的，就必須將氫氣進(jìn)行壓縮，然而這種方法所需要的技術(shù)要求過(guò)高，而且存在著極大的危險(xiǎn)性。因此使用率并不是很高。

2.1.2 低溫液氫儲(chǔ)存

當(dāng)氫氣被冷卻至-254℃的時(shí)候，就會(huì)以液體的狀態(tài)呈現(xiàn)，這樣相對(duì)來(lái)說(shuō)，可以減少氫的體積，之后就可以把他儲(chǔ)存于特制的高真空的絕熱容器里。這種方式被應(yīng)用于航空航天技術(shù)中，但是這種方式的成本高，同時(shí)危險(xiǎn)性較高，容易泄露（見(jiàn)表1）。

2.1.3 金屬氫化物儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)存

氫和氫化金屬的反應(yīng)是存在可逆性的。我們可以通過(guò)加金屬氫化物，這樣就能達(dá)到我們最終得到氫氣的目的。反之，我們也可以通過(guò)讓氫與氫化金屬進(jìn)行作用最終得到氫化物這一過(guò)程，最終就將氫以固態(tài)結(jié)合物的狀態(tài)被保存下來(lái)了。對(duì)此我們可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)方程式：2/nX+H2→2/nXHn±△H （熱）進(jìn)行表述。也正是因?yàn)闅涞幕瘜W(xué)性質(zhì)比較活躍，和大多數(shù)金屬合金都能進(jìn)行反應(yīng)從而形成金屬氫化物，同時(shí)在反應(yīng)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量熱量；而金屬氫化物在吸收大量的熱量之后也會(huì)釋放氫氣，從而達(dá)到我們的目的。該反應(yīng)的正向我們可以理解為是儲(chǔ)氫的過(guò)程、逆向則是釋放氫的過(guò)程。方程式中的X我們可以理解成儲(chǔ)藏氫的合金，其中蘊(yùn)含著兩種或兩種以上的金屬。我們也正是通過(guò)對(duì)相關(guān)的溫度和壓力等一系列條件進(jìn)行變更，從而保證反應(yīng)向我們需要的方向進(jìn)行，最終達(dá)到氫氣的儲(chǔ)存和釋放。氫吸附于固體合金的表層，在反應(yīng)之后分解為氫原子，氫原子再不斷的進(jìn)行擴(kuò)散最終進(jìn)入到合金的晶格中，并隨機(jī)分布，最終形成固溶體，我們可以稱之α相。在晶格的內(nèi)部，氫原子占據(jù)部分晶格位置，最終形成了金屬氫化物，我們可以稱之β相。當(dāng)今國(guó)際上對(duì)儲(chǔ)氫合金的研究取得了突破性的進(jìn)展，目前已經(jīng)得到了許多經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的儲(chǔ)氫合金。一般來(lái)說(shuō)，我們可以將其分成四大類，分別是：稀土鑭鎳等，單位鑭鎳合金的儲(chǔ)氫量可達(dá)153；鐵鈦系，這類合金普遍被認(rèn)為是現(xiàn)如今應(yīng)用領(lǐng)域最廣，使用率最高的材料，儲(chǔ)氫量高達(dá)700，同時(shí)他還具有性價(jià)比高、操作難度小，還可在常溫常壓下釋放氫，給使用帶來(lái)極大的便利性等一系列優(yōu)點(diǎn)；鎂系，這類核心有一個(gè)很大的缺點(diǎn)就是需要在287℃時(shí)才能打到釋放氫的目標(biāo)，而且吸氫過(guò)程所需時(shí)間長(zhǎng)，雖然這種釋放氫的效果較好但是使用率卻一直不高；最后一類是釩、鈮、鋯等多元素系，這類金屬本身屬稀貴金屬，因此直接就限制了這種合金的使用。

2.2 金屬氫化物儲(chǔ)氫優(yōu)勢(shì)分析

2.2.1 氫氣純度高

氫分子可以通過(guò)合金的催化以氫原子的狀態(tài)呈現(xiàn)，而后氫原子可以繼續(xù)向金屬內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散，最后氫原子會(huì)被儲(chǔ)存在金屬晶格內(nèi)，這樣排除其他雜質(zhì)之后得到的氫在通過(guò)處理變成氫分子的純度就非常高了，通常來(lái)說(shuō)都大于99.9999%。

2.2.2 壽命長(zhǎng)

儲(chǔ)氫合金通常可以反復(fù)地吸放氫，而不減少其儲(chǔ)氫容量，而且某些性能較好的合金的儲(chǔ)氫容量即使被降低也是可以再重生的，同時(shí)儲(chǔ)氫合金的使用壽命通常都比較長(zhǎng)，能夠滿足正常的需求。同時(shí)它們具備既可作為氫燃料和氫物料的供應(yīng)源，還能吸收廢熱，儲(chǔ)存太陽(yáng)能等優(yōu)點(diǎn)。

因此我們使用該方法能夠不斷的提升安全性，保證沒(méi)有泄漏，還能減少能源的損耗，最大限度上做到可持續(xù)發(fā)展。

3 氫氣的運(yùn)輸

氫具有較好的可運(yùn)輸性，但是在實(shí)際應(yīng)用中還是存在著許多的問(wèn)題。首先，由于氫的質(zhì)量特別小，因此特別輕，單位質(zhì)量的氫的所需空間就非常大，甚至液態(tài)氫也具有這樣的特點(diǎn)。其次，氫經(jīng)常發(fā)生泄漏事故，舉例：將氫作燃料的汽車作為樣本進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)即使燃料容器密封非常好，會(huì)發(fā)生泄漏，甚至每24小時(shí)的泄漏率高達(dá)2%，對(duì)比汽油的每個(gè)月泄漏1%可謂是非常巨大的。因此如何對(duì)儲(chǔ)氫容器以及相關(guān)的接頭進(jìn)行密封處理就成為運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵。第三，液氫的溫度極低，經(jīng)常出現(xiàn)凍傷工作人員的情況，如何搬運(yùn)就成了極大的難題。

4 總結(jié)

對(duì)于化工廢氣中的氫的回收利用已經(jīng)成為當(dāng)今的一個(gè)重點(diǎn)研究方向，在未來(lái)極有可能對(duì)整個(gè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的發(fā)展，環(huán)境的保護(hù)產(chǎn)生巨大的影響。因此我們必須將這個(gè)課題深入研究，讓真正的做到變廢為寶，節(jié)能減排，可持續(xù)發(fā)展。本文較為深入的研究了這個(gè)問(wèn)題，希望真正的能將這一理論付諸實(shí)踐，改善廢氣的治理，也為企業(yè)提升利潤(rùn)率。

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