張力弓

摘 要：化工尾氣的處理一直是一個備受討論而且具有極其深刻現(xiàn)實意義的問題，尾氣一旦沒有處理清楚那么就會對環(huán)境造成極大的影響，而且也是極大的資源浪費。隨著科技的不斷發(fā)展，化工尾氣處理的技術(shù)也呈現(xiàn)出越來越純熟，越來越向可持續(xù)化發(fā)展的趨勢。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值，其可再次利用潛力非常大。對氫氣的回收再利用從宏觀層面來說為了達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目的，從微觀上來說為了達(dá)到真正為企業(yè)做到節(jié)能減排，企業(yè)創(chuàng)造更高的價值。本文的行文思路便是對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)物基本沒有污染的能源，也正是因為這樣的特點，才被廣泛應(yīng)用于各個領(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，隨著可持續(xù)發(fā)展逐漸被世界各國所認(rèn)同，大量國家都開始投入資金力求在氫氣技術(shù)的使用，儲存，回收領(lǐng)域投入了大量的人力物力，我國從長遠(yuǎn)的角度出發(fā)，對此也是大為重視，甚至上升到了國家發(fā)展戰(zhàn)略層面。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國年氫氣使用量已經(jīng)超過6萬億立方米，已經(jīng)成為世界上最大的氫氣使用國之一；同時為了隨著科技的進(jìn)步以及我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度不斷加快，我國石油化工、半導(dǎo)體、食品等各個領(lǐng)域的發(fā)展速度都可以說是日新月異的，為了能夠滿足這樣的發(fā)展勢頭，就不得不將氫氣的發(fā)展作為未來燃料發(fā)展的重心，我們有理由相信氫氣將變?yōu)槲磥淼淖钪匾哪茉?，因此這片藍(lán)海就會成為各個方面追逐利益的核心區(qū)域，能夠搶占這一部分市場，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)于有了一個氫氣的產(chǎn)出源，在很大程度上節(jié)約了成本，也做到了對尾氣的處理凈化。

2 氫氣的回收再利用

2.1 氫氣的儲存

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

2.1.1 高壓氣態(tài)儲存

氣態(tài)的氫一般都會被儲存于地下的庫房中，有時也被存儲于特質(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)要求過高，而且存在著極大的危險性。因此使用率并不是很高。

2.1.2 低溫液氫儲存

當(dāng)氫氣被冷卻至-254℃的時候，就會以液體的狀態(tài)呈現(xiàn)，這樣相對來說，可以減少氫的體積，之后就可以把他儲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，同時危險性較高，容易泄露（見表1）。

2.1.3 金屬氫化物儲氫合金儲存

氫和氫化金屬的反應(yīng)是存在可逆性的。我們可以通過加金屬氫化物，這樣就能達(dá)到我們最終得到氫氣的目的。反之，我們也可以通過讓氫與氫化金屬進(jìn)行作用最終得到氫化物這一過程，最終就將氫以固態(tài)結(jié)合物的狀態(tài)被保存下來了。對此我們可以通過化學(xué)反應(yīng)方程式：2/nX+H2→2/nXHn±△H （熱）進(jìn)行表述。也正是因為氫的化學(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，同時在反應(yīng)過程中也會產(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氫的過程、逆向則是釋放氫的過程。方程式中的X我們可以理解成儲藏氫的合金，其中蘊含著兩種或兩種以上的金屬。我們也正是通過對相關(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)行擴散最終進(jìn)入到合金的晶格中，并隨機分布，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)今國際上對儲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)過試驗的儲氫合金。一般來說，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，儲氫量高達(dá)700，同時他還具有性價比高、操作難度小，還可在常溫常壓下釋放氫，給使用帶來極大的便利性等一系列優(yōu)點；鎂系，這類核心有一個很大的缺點就是需要在287℃時才能打到釋放氫的目標(biāo)，而且吸氫過程所需時間長，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 金屬氫化物儲氫優(yōu)勢分析

2.2.1 氫氣純度高

氫分子可以通過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)行擴散，最后氫原子會被儲存在金屬晶格內(nèi)，這樣排除其他雜質(zhì)之后得到的氫在通過處理變成氫分子的純度就非常高了，通常來說都大于99.9999%。

2.2.2 壽命長

儲氫合金通常可以反復(fù)地吸放氫，而不減少其儲氫容量，而且某些性能較好的合金的儲氫容量即使被降低也是可以再重生的，同時儲氫合金的使用壽命通常都比較長，能夠滿足正常的需求。同時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，儲存太陽能等優(yōu)點。

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

3 氫氣的運輸

氫具有較好的可運輸性，但是在實際應(yīng)用中還是存在著許多的問題。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。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，發(fā)現(xiàn)即使燃料容器密封非常好，會發(fā)生泄漏，甚至每24小時的泄漏率高達(dá)2%，對比汽油的每個月泄漏1%可謂是非常巨大的。因此如何對儲氫容器以及相關(guān)的接頭進(jìn)行密封處理就成為運輸?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，如何搬運就成了極大的難題。

4 總結(jié)

對于化工廢氣中的氫的回收利用已經(jīng)成為當(dāng)今的一個重點研究方向，在未來極有可能對整個經(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問題，希望真正的能將這一理論付諸實踐，改善廢氣的治理，也為企業(yè)提升利潤率。

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