Жидкий водород


Жидкий водород.

 

 

Жидкий водород – бесцветная прозрачная жидкость, без запаха, очень лёгкая (плотность при −253 °C составляет 0,0708 г/см³) и текучая (вязкость при −253 °C 13,8 сП). Является одним из четырёх агрегатных состояний водорода.

 

Жидкий водород, свойства, характеристики и температура жидкого водорода

Марки жидкого водорода по ГОСТ

Хранение и обращение с жидким водородом

Применение жидкого водорода

Жидкий азот

 

Жидкий водород, свойства, характеристики и температура жидкого водорода:

Жидкий водород – бесцветная прозрачная жидкость, без запаха, очень лёгкая (плотность при −253 °C составляет 0,0708 г/см³) и текучая (вязкость при −253 °C 13,8 сП). Является одним из четырёх агрегатных состояний водорода.

В жидком состоянии равновесный водород состоит из 99,79 % параводорода (пара-Н2), 0,21 % ортоводорода (орто-Н2).

Жидкий водород существует в очень узком интервале температур от −252,879 °C (20,271 K, -423,182 °F) до −259,16 °C (13,99 K, -434,49 °F).

Жидкий водород взрывоопасен. Жидкий водород при смешивании с воздухом относится к взрывоопасным веществам с диапазоном коэффициента воспламенения 4-75 %. Концентрационные пределы воспламенения смеси водорода с воздухом от 4% до 75%, смеси водорода с кислородом – от 4,1% до 96%, детонации смеси водорода с воздухом – от 18,3% до 74%, смеси водорода с кислородом от 15% до 94% (ГОСТ Р 56248-2014 «Водород жидкий. Технические условия»). При разливе жидкий водород быстро испаряется и образует с воздухом пожаровзрывоопасную смесь.

Коэффициент расширения водорода при смене агрегатного состояния на газообразное при комнатной температуре составляет 848:1. Иными словами 1 (один) литр жидкого водорода, испаряясь и нагреваясь до комнатной температуры, образует примерно 848 литров газа.

 

Марки жидкого водорода по ГОСТ:

В Российской Федерации в соответствии с ГОСТ Р 56248-2014 «Водород жидкий. Технические условия» в зависимости от содержания примесей установлены 2 марки жидкого водорода: А и Б.

Жидкий водород марки А получают ожижением газообразного водорода, полученного электролизом воды, жидкий водород марки Б – ожижением газообразного водорода, полученного электролизом воды или из азото-водородной смеси.

Ниже в таблице указаны марки жидкого водорода и их применяемость:

Марка Область применения
А В качестве рабочего тела в электрохимических генераторах ракетно-космической техники
Б В качестве горючего в двигательных и силовых установках ракетно-космической и авиационной техники.

В качестве топлива для двигательных установок воздушного и наземного транспорта, нужд электроэнергетики, а также источника получения чистого газообразного водорода

По физико-химическим показателям жидкий водород в соответствии с ГОСТ Р 56248-2014 «Водород жидкий. Технические условия» должен соответствовать следующим нормам:

Наименование показателя Норма для марок Норма в системах хранения потребителя
на предприятии-изготовителе при приемке потребителем перед сливом из цистерны
А Б А Б
1 Объемная доля параводорода, %, не менее 98 98 98 98 98
2 Объемная доля примесей, %, не более:
кислорода 2·10-7 2·10-7 4·10-7 4·10-7 1·10-6
азота 2·10-6 2·10-5 4·10-6 4·10-5 1·10-4

 

Хранение и обращение с жидким водородом:

Жидкий водород хранят в термически изолированных контейнерах, цистернах, резервуаров под давлением. В технологических операциях при заполнении, транспортировании и хранении жидкого водорода в цистернах и контейнерах необходимо поддерживать избыточное давление не ниже 0,03 МПа, а при хранении в резервуарах – не ниже 0,015 МПа. Заполнение сосудов и отбор проб на анализ проводят при давлении в них не ниже 0,20 МПа, что обеспечивает температуру не ниже 22,8 К и гомогенный состав жидкого водорода (ГОСТ Р 56248-2014 «Водород жидкий. Технические условия»).

Жидкий водород – низкокипящая жидкость, которая либо струя холодных паров жидкого водорода может вызвать обмораживание кожи и поражение слизистой оболочки глаз. Вдыхание паров жидкого водорода может привести к отёку легких.

Продуктом сгорания водорода в среде чистого кислорода является исключительно водяной пар. Поэтому преимуществом использования водорода является «нулевая эмиссия» его применения.

При обращении с жидким водородом нужно следовать специальным мерам безопасности.

Впервые водород был сжижен Джеймсом Дьюаром в 1898 году с использованием регенеративного охлаждения и своего изобретения, сосуда Дьюара. Первый синтез устойчивого изомера жидкого водорода – параводорода – был осуществлен Полом Хартеком и Карлом Бонхеффером в 1929 году.

 


Применение жидкого водорода:

– в качестве рабочего тела в электрохимических генераторах ракетно-космической техники,

– в качестве горючего в двигательных и силовых установках ракетно-космической и авиационной техники. В большинстве ракетных двигателей, работающих на жидком водороде, жидкий водород сначала охлаждает сопло и другие детали, а затем смешивается с окислителем – обычно жидким кислородом – и сжигается с образованием воды со следами озона и перекиси водорода,

– в качестве топлива для двигательных установок воздушного и наземного транспорта, нужд электроэнергетики,

– в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания и топливных элементов. Однако плотность жидкого водорода очень низкая по сравнению с другими распространенными видами топлива,

– источник получения чистого газообразного водорода,

– для охлаждения нейтронов в экспериментах по нейтронному рассеянию,

– в качестве концентрированной формы для хранения водорода.

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com,