液 氢 的 生 产及应用 O 引 言 氢 是 一 种 理 想 的 清 洁 能 源 。 当 前 主 要 用 作 运 载 火 箭 的 推 进 剂 ， 在 不 久 的 将 来 ， 氢 将 成为 飞 机 、汽车甚至家 用 燃料。 氢 还是 一 种 能 量转换和能 量贮存的 重要 载 体。 氢 作 为 燃料或作 为 能 量载 体，较好的 使用 和贮存方式之一 是 液氢 。 因此液氢 的 生产是 氢 能 开发应用 的 重要 环节之一 。 本文着重讨论液氢 的 生产问题。 氢 气的 转化温度很低， 最高为 20.4K， 所以只有将 氢 气预冷却到该温度以下， 再节流膨胀才能 产生冷效 应。 这一 特性对氢 气的 液化过程会产生一 定的 困难。 氢 分子由两个氢 原子组成 ， 由于两个原子核自旋方向不 同， 存在 着正、仲两种 状态 。正氢 （ O-H2） 的 两个原子核自旋方向相 同， 仲氢 （ p-H2） 的 两个原子核自旋方向相 反 。 正、仲态 的 平 衡 组成 随 温度而 变 ， 在 不 同温度下处 于正、仲平 衡 组成 状态 的 氢 称 为 平 衡 氢 （ e一 H2）。 表 1 列 出 了 不 同温度时 平 衡 氢 中 仲氢 的 浓 度。 常 温时 ， 含 75％ 正氢 和 25％ 仲氢 的 平 衡 氢 ， 称 为 正常 氢 或标 准 氢 （ n-H2）。 高温时 ，正仲态 的 平 衡 组成 不 变 ； 低于常 温时 ， 正一 仲态 的 平 衡 组成 将 随 温度而 变 。 温度降 低， 仲氢 浓 度增 加 。 在 液氢 的 标 准 沸 点 时 ， 仲氢 浓 度为99． 8％ 。 在 氢 的 液化过程中 ， 如 不 进行 正一 仲催 化转化， 则 生产出 的 液氢 为 正常 氢 ， 液态 正常 氢 会自发地 发生 IE 仲态 转化， 最 终 达 到 相 应 温 度 下 的 平 衡 氢 ， 氢 的 正 。 仲 转 化 是 一 放 热 反 应 ， 正 常 氢 转 化 成 相 同 温 度 下 的平 衡 氢 所 释 放 的 热 量 见 表2。 由 表2 可 见 ， 液 态 正 常 氢 转 化 时 放 出 的 热 量 超 过 气 化 潜 热（ 447kl/kg） 。 由 于 这 一 原 因 ， 即 使 将 液 态 正 常 氢 贮 存 在 一 个 理 想 绝 热 的 容 器 中 ， 液 氢 同样 会 发 生 气 化 ...
