液氢技术与装备

第1章氢的主要特性与获得方法 1
1.1氢的主要物理化学特性 1
1.1.1氢和液氢概述 1
1.1.2氢的同位素 2
1.1.3正氢和仲氢 3
1.1.4氢的热物理性质 3
1.1.5氢进入金属及氢脆的影响 5
1.2氢的大规模制取 8
1.2.1化石能源制氢与工业副产氢 8
1.2.2可再生能源电解水制氢 16
1.2.3生物质制氢 24
1.3制氢新技术及其特点 27
参考文献 28

第2章氢液化技术与装备 32
2.1氢气液化工艺流程 32
2.1.1液氢技术概述 32
2.1.2J-T节流液化循环 34
2.1.3氢膨胀机预冷的氢液化循环 38
2.1.4氢直接膨胀液化流程的典型应用案例 40
2.1.5氦制冷的氢液化系统 43
2.1.6不同氢液化循环的单位能耗对比 44
2.1.7氢液化流程研究进展 46
2.2透平膨胀技术及装备 48
2.2.1透平膨胀技术及系统控制 48
2.2.2氦透平膨胀机 52
2.2.3氢透平膨胀机 60
2.2.4气体轴承 68
2.3低温换热技术及装备 71
2.3.1低温换热器 71
2.3.2液氢真空冷箱 76
2.3.3正仲氢催化技术 85
2.4氢气纯化 91
2.4.1氢气纯化必要性和技术指标 91
2.4.2物理方法与吸附剂 92
2.4.3低温吸附与分离 93
2.4.4化学方法与催化剂 94
2.4.5氢气纯化工艺流程 95
2.5氢液化装置的结构特点与运行 96
2.5.1低温阀门与附件 96
2.5.2液氢管路 99
2.5.3检测仪表 100
2.5.4液氢涡轮泵 103
2.5.5氢液化装置的运行 104
参考文献 106

第3章液氢的绝热与真空技术 108
3.1低温传热与绝热机理 108
3.2液氢设备的绝热方法与使用条件 109
3.2.1堆积绝热与低真空绝热 109
3.2.2高真空多层绝热 110
3.2.3高真空多屏绝热 117
3.2.4液氢过程设备的真空绝热技术 117
3.3液氢设备的真空获得与维持技术 121
3.3.1真空获得与真空检测 121
3.3.2真空寿命与真空维持 123
3.3.3液氢容器绝热系统的阻燃性设计 124
参考文献 125

第4章液氢环境用材料 127
4.1金属材料 127
4.1.1化学成分对金属材料低温力学性能的影响 127
4.1.2液氢火箭发射系统用金属材料的研究 129
4.1.3液氢容器用奥氏体不锈钢性能研究 133
4.2非金属材料 135
4.2.1常用非金属材料及其用途 135
4.2.2纤维增强复合材料在液氢支撑元件中的应用 139
4.2.3纤维增强复合材料的其他应用 145
4.3材料的检验与检测 145
4.3.1金属材料的检验与检测 145
4.3.2非金属材料的检验与检测 148
参考文献 149

第5章液氢的储存与运输 150
5.1固定式液氢储存技术与设备 150
5.1.1液氢杜瓦瓶 150
5.1.2液氢储罐 153
5.1.3液氢球罐 157
5.1.4液氢接收站 160
5.2移动式液氢储运技术与设备 163
5.2.1液氢罐式集装箱与多式联运 164
5.2.2液氢公路罐车与铁路罐车 166
5.2.3液氢运输船 169
参考文献 172

第6章液氢储氢型加氢技术与装备 174
6.1液氢储氢型加氢技术概述 174
6.1.1车载储氢特点和加注需求 174
6.1.2车载储氢密度与发展趋势 174
6.1.3加氢基础设施要求和液氢加氢的优越性 175
6.2液氢储氢型加氢站技术 177
6.2.1加注高压氢气的液氢加氢站 177
6.2.2面向高压加氢的运营成本分析优化 179
6.2.3面向液氢加注的工艺流程 180
6.3面向高压氢气加注的液氢泵 181
6.3.1高压液氢活塞泵概述 181
6.3.2高压液氢活塞泵结构组成 182
6.3.3高压液氢活塞泵关键指标 184
6.3.4高压液氢活塞泵关键技术 185
6.4加氢机与加氢枪 187
6.4.1加氢机 187
6.4.2加氢枪 187
6.5用于液氢加注的往复式液氢泵 190
6.5.1液氢加注发展现状 190
6.5.2往复式液氢泵 191
6.5.3往复式液氢泵的应用 196
参考文献 197

第7章交通运输终端氢能储供技术与装备 200
7.1液氢储供氢技术与装备 200
7.1.1交通运输车辆 200
7.1.2轨道交通装备 202
7.1.3液氢无人机 203
7.1.4液氢动力船舶 206
7.2深冷高压储供氢技术与装备 208
7.2.1深冷高压储氢技术与装备 208
7.2.2深冷高压供氢技术与装备 212
7.2.3深冷高压氢加注技术与装备 214
参考文献 216

第8章液氢安全技术与管理 218
8.1液氢的危险特性 218
8.1.1液氢对人体的危害 218
8.1.2液氢相关的安全事故 218
8.1.3液氢的燃烧爆炸风险 220
8.2液氢生产和应用时的静电危险 221
8.2.1液氢产生静电的几种形式 222
8.2.2常用的防静电措施 222
8.3液氢安全操作规程 223
8.3.1液氢生产与使用操作 223
8.3.2液氢的转注操作 224
8.3.3液氢的泄漏处理方法 225
8.4液氢装备设计与现场布置要求 226
8.4.1液氢生产系统的配置 226
8.4.2管道及其附件的设计安装 226
8.4.3低温阀门的保养管理 227
8.4.4液氢储存方面的考虑 227
8.4.5氢气排放的要求 227
8.4.6辅助设施 228
参考文献 230

第9章浆氢技术与应用 232
9.1浆氢概述 232
9.1.1浆氢和胶氢 232
9.1.2浆氢的热物理性质 233
9.2浆氢的生产 235
9.2.1冻结-融化法生产浆氢 235
9.2.2喷淋法生产浆氢 236
9.2.3氦冷却法生产浆氢 236
9.2.4螺旋推进法生产浆氢 237
9.2.5磁制冷法生产浆氢 238
9.2.6浆氢生产方法的比较 239
9.2.7浆氢生产装置 241
9.3浆氢的测量 242
9.3.1浆氢的密度测量 242
9.3.2浆氢的液位测量 243
9.3.3浆氢的流量测量 243
9.4浆氢的储运 243
9.4.1浆氢的储存 243
9.4.2浆氢的输送 244
9.5浆氢的应用 245
9.5.1浆氢在火箭推进剂中的应用 245
9.5.2浆氢在超导储能电力系统中的应用 247
9.5.3浆氢在燃料电池交通工具中的应用 248
参考文献 249

附录氢的基本热物理性质 250
附表1氢的基本性质 250
附图1氢的密度随温度与压力变化图 250
附图2氢的定压比热容随温度与压力变化图 251
附表2标准氢的热物性参数 251
附表3氢在不同压力下的热物性参数 252