（液）氫的理化學特性

它的同位素，包括氘(D或2H)和氚(T或3H)，是由氫與中子轟擊產生的放射性物質，表1給出了H2的一些主要物理性質：

H2分子體積小、質量輕(van der Waals半徑為120 pm，摩爾質量為1.00794 g/ mol)，擴散速率較高(0.61 cm2 /s)，與汽油或柴油燃料相比，它低下熱值的重量能量（密度）含量幾乎是汽油或柴油的三倍，但每單位體積的能量密度較低，這意味著它提供相同能量所需的空間大約是汽油的四倍，這種無味無色的能源只產生水蒸氣和大量的熱量，不排放溫室氣體，使這種無毒氣體成為一種很有前途的綠色燃料。此外，H2的研究表明其閃點相對高于目前的化石燃料辛烷，這關系到它的抗爆特性。H2的閃點為- 231℃，是常規燃料中閃點低的。

氣態H2的密度低于液態H2的密度。因此，氣態H2的運輸需要大型高壓儲罐，由于儲罐的阻力，這是不合理的。然而，特殊的液氫儲罐可以解決氫氣的運輸問題，特別是長距離運輸。

也可以利用氫氣液化結構用于各種高能源需求行業的調峰，盡管液化儲存系統有許多優點，但應該強調的是，這些技術面臨著許多挑戰，例如效率低下，經濟費用高，缺乏創造性的技術進步。

H2分子由兩個質子和兩個電子組成。如果兩個電子的旋轉方向是反平行的，它們就會驅使分子進入成鍵狀態。因此，有兩組H2分子基于反平行(I = 0)和平行(I = 1)核自旋。H2分子的態數由原子核自旋態(2I + 1)的關系決定，其中I是原子核自旋的量子數，等于1/2。假設數為α= +1/2、和β= -1/2，則鄰位H2的核自旋量子數為I =(1/2+1/2) = 1 對于正H2, 分子形態有三種狀態。在對H2中，核自旋量子數為I =(1/2-1/2) = 0，因此只有一種狀態。因此，在環境溫度下(即75%正氫- 25%的仲氫)，正氫數量是仲氫的3倍。下圖3顯示了鄰位和仲氫中平行和反平行自旋的圖形布局：

圖3：正氫和仲氫中平行和反平行核自旋的圖解

采用氧化鈉、鐵(III)、鎳、鉻、錳、順磁性金屬、磷化氫銠配合物、三苯基鉀配合物和釕等催化劑可提高突變和轉化率，能量等級高于仲氫的正氫是一種激發態。此外，具有較低表面能量的仲氫在較低溫度下容易形成，正氫到仲氫的轉化是放熱的，與溫度有關。因此，當儲存液氫時，一些H2被浪費了，這被稱為蒸發氣體。因此，正氫到仲氫的轉化對于遠距離運輸中的LH2生成和減少IBOG損失至關重要。通過將正常的H2儲存在罐中，轉化焓在罐中釋放，導致液H2損失。在轉化反應堆中發生的反應列示為：

說明：正氫→仲氫+熱量

轉化率取決于反應溫度，如式2所示：

轉換系數可以用實驗信息來定義一級反應的體積速率常數kv( mol /cm3.s )由式3求得：

式中，n、V、C0分別為進料摩爾流量(mol/s)、催化劑體積(cm3)和初始濃度，參數C、Ceq分別為達到濃度和平衡濃度。采用三種不同的反應器，包括絕熱和等溫轉換和連續轉換，進行正氫到對仲氫的反應轉換。絕熱轉化器易于實現，但它提高了換熱器后的流動溫度，并且需要大量床層，這導致溫度和成本升高，熱效率降低。等溫轉化器用于消除絕熱反應器中的流動溫度升高，但這種方法增加了液化過程中所需的設備，從而增加了操作和資本成本各變換器的工作原理如圖4所示。與等溫法和絕熱法相比，連續轉換效率高。

通過增加正氫到仲氫轉化的級數，降低了氫氣液化循環的SEC。從個反應器到第二個反應器，通過增加正氫到仲氫的轉化階段來降低SEC的斜率是快速完成的，而從第二個反應器開始，它是緩慢完成的。

文章來源：氫眼所見

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