（液）氢的理化学特性

它的同位素，包括氘(D或2H)和氚(T或3H)，是由氢与中子轰击产生的放射性物质，表1给出了H2的一些主要物理性质：

H2分子体积小、质量轻(van der Waals半径为120 pm，摩尔质量为1.00794 g/ mol)，扩散速率较高(0.61 cm2 /s)，与汽油或柴油燃料相比，它低下热值的重量能量（密度）含量几乎是汽油或柴油的三倍，但每单位体积的能量密度较低，这意味着它提供相同能量所需的空间大约是汽油的四倍，这种无味无色的能源只产生水蒸气和大量的热量，不排放温室气体，使这种无毒气体成为一种很有前途的绿色燃料。此外，H2的研究表明其闪点相对高于目前的化石燃料辛烷，这关系到它的抗爆特性。H2的闪点为- 231℃，是常规燃料中闪点低的。

气态H2的密度低于液态H2的密度。因此，气态H2的运输需要大型高压储罐，由于储罐的阻力，这是不合理的。然而，特殊的液氢储罐可以解决氢气的运输问题，特别是长距离运输。

也可以利用氢气液化结构用于各种高能源需求行业的调峰，尽管液化储存系统有许多优点，但应该强调的是，这些技术面临着许多挑战，例如效率低下，经济费用高，缺乏创造性的技术进步。

H2分子由两个质子和两个电子组成。如果两个电子的旋转方向是反平行的，它们就会驱使分子进入成键状态。因此，有两组H2分子基于反平行(I = 0)和平行(I = 1)核自旋。H2分子的态数由原子核自旋态(2I + 1)的关系决定，其中I是原子核自旋的量子数，等于1/2。假设数为α= +1/2、和β= -1/2，则邻位H2的核自旋量子数为I =(1/2+1/2) = 1 对于正H2, 分子形态有三种状态。在对H2中，核自旋量子数为I =(1/2-1/2) = 0，因此只有一种状态。因此，在环境温度下(即75%正氢- 25%的仲氢)，正氢数量是仲氢的3倍。下图3显示了邻位和仲氢中平行和反平行自旋的图形布局：

图3：正氢和仲氢中平行和反平行核自旋的图解

采用氧化钠、铁(III)、镍、铬、锰、顺磁性金属、磷化氢铑配合物、三苯基钾配合物和钌等催化剂可提高突变和转化率，能量等级高于仲氢的正氢是一种激发态。此外，具有较低表面能量的仲氢在较低温度下容易形成，正氢到仲氢的转化是放热的，与温度有关。因此，当储存液氢时，一些H2被浪费了，这被称为蒸发气体。因此，正氢到仲氢的转化对于远距离运输中的LH2生成和减少IBOG损失至关重要。通过将正常的H2储存在罐中，转化焓在罐中释放，导致液H2损失。在转化反应堆中发生的反应列示为：

说明：正氢→仲氢+热量

转化率取决于反应温度，如式2所示：

转换系数可以用实验信息来定义一级反应的体积速率常数kv( mol /cm3.s )由式3求得：

式中，n、V、C0分别为进料摩尔流量(mol/s)、催化剂体积(cm3)和初始浓度，参数C、Ceq分别为达到浓度和平衡浓度。采用三种不同的反应器，包括绝热和等温转换和连续转换，进行正氢到对仲氢的反应转换。绝热转化器易于实现，但它提高了换热器后的流动温度，并且需要大量床层，这导致温度和成本升高，热效率降低。等温转化器用于消除绝热反应器中的流动温度升高，但这种方法增加了液化过程中所需的设备，从而增加了操作和资本成本各变换器的工作原理如图4所示。与等温法和绝热法相比，连续转换效率高。

通过增加正氢到仲氢转化的级数，降低了氢气液化循环的SEC。从个反应器到第二个反应器，通过增加正氢到仲氢的转化阶段来降低SEC的斜率是快速完成的，而从第二个反应器开始，它是缓慢完成的。

文章来源：氢眼所见

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