工业氢气（Industrial Hydrogen, H₂）
工业氢气是一种无色、无味、高度易燃的气体，化学式为 H₂，是已知最轻的气体（密度仅为空气的1/14）。工业氢气的纯度通常为 99%~99.999%（根据应用需求不同），广泛应用于化工、能源、冶金等领域。
1. 工业氢气的生产方法
(1) 化石燃料制氢（主流方法）
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天然气蒸汽重整（SMR）
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反应式：CH₄ + H₂O → CO + 3H₂（高温催化剂）
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占全球氢产量的约75%，成本较低，但伴生CO₂排放。
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煤气化制氢
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煤炭与水蒸气反应生成H₂和CO（需后续净化）。
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(2) 电解水制氢（绿氢）
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反应式：2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑（直流电作用）。
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依赖可再生能源电力（风电、光伏）时为零碳排放，但成本较高。
(3) 工业副产氢
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氯碱工业：电解食盐水的副产物（纯度约99.9%）。
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炼油/焦化：石油裂解或焦炉煤气中提取。
2. 工业氢气的应用领域
(1) 化工与炼油
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合成氨（Haber-Bosch工艺）：N₂ + 3H₂ → 2NH₃（化肥原料）。
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甲醇合成：CO + 2H₂ → CH₃OH（化工基础原料）。
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石油加氢精制：去除硫、氮杂质（如生产低硫柴油）。
(2) 冶金工业
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金属还原：
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钨、钼等金属氧化物的氢还原（WO₃ + 3H₂ → W + 3H₂O）。
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半导体硅片生产中的高纯氢保护气氛。
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(3) 新能源与能源载体
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燃料电池：氢燃料电池车（如丰田Mirai）的能源。
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氢能储能：富余电能→电解制氢→再发电（绿氢循环）。
(4) 其他应用
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浮法玻璃：保护锡槽防止氧化。
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食品工业：植物油加氢硬化（人造黄油生产）。
3. 工业氢气的储存与运输
| 形式 | 特点 |
|---|---|
| 高压气态氢 | 钢瓶（15~20MPa，中国标准为绿色），适用于小规模使用。 |
| 液态氢（LH₂） | -253℃低温储罐，需超绝热技术，用于航天、大规模运输（如液氢卡车）。 |
| 管道输氢 | 少数化工园区或国家（如欧洲）建有专用输氢管道。 |
| 有机液体储氢 | 通过化学反应（如甲苯-甲基环己烷）实现常温常压储运，技术待成熟。 |
4. 工业氢气 vs. 高纯氢气
| 特性 | 工业氢气（99%~99.9%） | 高纯氢气（≥99.999%） |
|---|---|---|
| 纯度 | 含微量CO、CO₂、CH₄等 | O₂<1ppm，H₂O<0.5ppm |
| 用途 | 化工、炼油、冶金 | 电子、光伏、燃料电池 |
| 生产方法 | 化石燃料重整、副产氢 | 电解水+深度纯化 |
5. 安全注意事项
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爆炸极限：氢气在空气中爆炸范围为 4%~75%（遇明火或静电易爆）。
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泄漏检测：需安装氢气传感器（因无色无味，难察觉）。
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材料兼容性：氢脆效应（避免使用普通碳钢，推荐不锈钢/铝合金）。
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储存要求：远离氧化剂，通风良好，禁止烟火。
6. 相关标准
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中国：GB/T 3634-2011《工业氢气》
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国际：ISO 14687-2（燃料电池用氢标准）
总结
工业氢气是化工和能源转型的核心原料，未来随着绿氢技术的发展，其在减碳领域的地位将进一步提升。使用时需严格遵循 防爆、防泄漏 规范，不同行业需匹配相应纯度（如电子级需5N以上）。
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