1.氢气性质：1.1氢气化学组成及分类（加氢站安全培训连载一）

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加氢站安全运营培训手册

1. 氢气性质

       氢气，清洁而可再生的二次能源，无污染，只产生热量和水蒸气。氢燃料电池通过氢气和氧气反应产生电能，化学反应的产物是水。随着氢燃料电池汽车的增加，将可能会逐渐取代燃油汽车，减少碳排放。未来，氢气作为能源的使用将更加普及，此外，氢气在工业应用领域也非常广泛。

1.1. 氢气化学组成及分类

1.1.1. 氢气化学组成

       氢是元素周期表中排名第一的元素，也是最轻的元素。氢气（Hydrogen）是由氢元素形成的一种单质，其化学式为H2。氢气分子由两个氢原子组成，并且很难分解。当氢气与氧气燃烧时，产生大量的热和水，这个反应非常快速，因此如果发生泄漏，火警的扩散速度可能会很快。氢气具有还原性，这种性质在金属冶炼提炼过程中得到了利用。氢气是一种高度易燃的气体，当与空气混合并在一定的浓度范围内时，可以形成易爆的爆炸云团。这个范围在4%至75%之间，当氢气的浓度在这个范围内，遇到火源或者高温可能会发生爆燃或爆炸，而高于75%纯度氢气泄漏一般只会着火。

                               
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1.1.2. 氢气分类

1.1.2.1. 按工艺制取分类

       在国家统计局2022年的能源统计中，氢气的制取方式被细分为九种不同类型，包括煤制氢、天然气制氢、电解水制氢、混合气体分离制氢、石化原料制氢、工业副产氢、太阳能制氢、核能制氢和其他方式制氢。这些不同的制取方式展现了氢气在工业制取中的多样性和广泛应用的可能性。

1.1.2.2. 按来源制取分类：

• 再生氢：可再生能源（如水能、风能、太阳能、地热能、生物质能）制备的氢气。
• 传统氢：来自传统能源（如天然气、煤炭）制备的氢气。
• 天然氢：天然氢是指在自然界中存在的氢气。
  
  

• 地球大气层： 尽管大气中的氢含量相对较小，但天然氢以轻微的量存在于地球的大气层中。
• 地下水和岩石： 水中含有氢，而地下水中的溶解氢也被认为是一种天然氢来源。此外，地球内部的岩石和矿物中也可能存在氢。
• 生物过程： 生物体和微生物的代谢过程中也会产生或释放氢气。
  
  

1.1.2.3. 工业纯度分类

     在工业领域，根据中国国家标准《GB/T3634-1995工业氢》，氢气可以被分为三种不同纯度的类型。

• 普通氢（99.9%）。
• 纯氢（99.99%）
• 高纯度氢（99.999%）
  
  

                               
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1.1.2.4. 按用途分类：

• 燃料氢： 用于氢燃料电池、燃料电池汽车等能源应用。
• 工业氢： 用于工业生产过程中，如金属加工、化学反应等。
• 实验室氢： 用于科研实验室中的实验和分析。
  
  

1.1.2.5. 按原料及工艺环保分类

       1.绿氢

       也称为可再生氢，通过电解水生产，生产需要使用电力，这一电力必须完全来自可再生能源，例如太阳能、风能、水能，这样生产的氢不会产生温室气体，达到了二氧化碳中和。

        2.灰氢

       是指来自化石燃料如石油、煤炭为原料制备的氢气，这种氢气的生产过程通常伴随有二氧化碳等排放，因此也称为“灰色氢”。在生产过程中采用的蒸汽重整工艺会产生大量二氧化碳排放，每生产1吨氢气就会产生约10吨二氧化碳排放，对环境造成严重影响。

        3.蓝氢

       在理论上，蓝色氢气可以被归类为一种清洁能源，如天然气蒸气重整、燃烧或其他方法制备氢气，这种过程通常采用碳捕获和储存技术以减少排放，因此称为“蓝色氢”，这种二氧化碳中和特性使得蓝色氢气的生产过程更加环保和可持续。

        4.蓝绿氢

       蓝绿氢是一项颠覆性的新能源技术，利用甲烷热裂解产生氢气。与传统燃烧方式不同的是，它不会产生二氧化碳，而是产生固体碳。为了实现碳负排蓝绿氢的二氧化碳中和，高温反应器的供热必须来自可再生能源，并且产生的碳必须永久封存。这一技术的出现为环境保护和可持续发展提供了崭新的解决方案。

                               
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1.1.2.6. 国内分类

      中国氢能联盟在2020年组织编制了《低碳氢、清洁氢与可再生能源氢气标准及认定》团体标准，将氢气分为3种类型：

• 低碳氢：生产过程中温室气体排放较低（通常小于5kgCO2e/kgH2）的氢气。
• 清洁氢：生产过程中产生的污染物（如硫氧化物、氮氧化物等）达到严格标准的氢气。
• 可再生氢气：通过可再生能源（如太阳能、风能、水能等）产生的氢气，或通过核能、生物质等可持续资源制取的氢气。
  
  

1.1.3. 氢气的状态

1.1.3.1. 氢气的标准状态

      物质的标准状态是指在定义的条件下（通常在标准压力和温度下）其最稳定的状态。 对于包括氢气在内的气体，标准状态通常定义为1.01325×105Pa的压力和273.15 K（0摄氏度）的温度。

• 1982年第十届国际计量大会上定义，标准状态（standard state）对于理想气体是指在温度为0摄氏度（273.15开尔文）和压力为1个大气压（101.325千帕或760毫米汞柱）时的状态。在这个条件下，1摩尔理想气体的体积被定义为22.4升。
• 国际标准《ISO 7504-1:2010》 温度：273.15 K（0摄氏度） 压力：101.325 kPa（1标准大气压）。
• GB/T 3634.1-2006《氢气 第1部分：工业氢》和GB/T 3634.2-2011《氢气 第2部分：纯氢、高纯氢和超纯氢》在这两个标准中，氢气的标准状态规定为：温度为273.15K（0℃），压力为101.325kPa（1大气压）。
  
  

1.1.3.2. 氢气的应用状态

      氢气在常温常压下呈气态，而在应用过程中，为了便于储存和运输，氢气保持在高压气态和低温液态两种状态。

       1.高压气态氢

       高压气态氢：在常温高压下为气体态的氢，高压气态氢气的英文简称通常是"CGH2" ，其中”C“代表压缩（Compressed）“G”代表气态（Gaseous）而“H2” 代表氢气（hydrogen），“Compressed Gaseous Hydrogen”，即压缩气态氢。

                               
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        2.液态氢

       液态氢：在极低温下（-253°C）将氢气液化得到的液态氢。低温液态氢的英文简称通常是 “LH2”，其中 “L” 代表液态（liquid），而 “H2” 代表氢气（hydrogen）。

                               
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        乘用车-CGH2-700表示乘用车车载氢气瓶压力等级700bar（70MPa），乘用车CGH2-350表示乘用车车载氢气瓶压力等级350bar（35MPa），公共汽车CGH2-350表示公共汽车车载氢气瓶压力等级350bar（35MPa）。

                               
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