一、基本性质

• 物理性质：
  • 无色、无味、无毒的气体，密度极小（标准状况下密度为 0.0899kg/m³），是自然界中最轻的气体。
  • 沸点为 - 252.8℃，极难溶于水，常温下扩散性极强。
• 化学性质：
  • 高纯度（通常纯度≥99.999%，即 5N 级）的氢气化学性质活泼，具有极强的还原性，在高温或点燃条件下能与氧气、卤素、金属氧化物等反应。
  • 与空气混合时，爆炸极限范围宽（4.0%~75.6% 体积比），遇明火或静电易引发爆燃，需严格控制安全条件。

三、主要工业应用领域

• 电子与半导体工业：
  • 半导体制造：作为外延生长（如硅片外延层沉积）、刻蚀、离子注入的载气或还原气氛，去除硅片表面氧化物，保证芯片纯度（需 6N 级高纯氢，纯度≥99.9999%）。
  • 电子器件封装：在惰性环境中保护敏感元件，防止氧化，提升器件可靠性。
• 冶金与金属加工：
  • 金属还原：用于高纯金属（如钨、钼、锗）的粉末冶金还原过程，将金属氧化物还原为单质，避免杂质引入。
  • 热处理保护：在退火、淬火等工艺中作为保护气体，防止金属表面氧化，提高工件性能。
• 化工与石油工业：
  • 加氢反应：用于石油炼制（如加氢脱硫、加氢裂化），去除油品中的硫、氮等杂质；在化工合成中（如合成氨、甲醇合成、精细化工中间体生产）作为原料气。
  • 氢燃料电池原料：高纯氢（99.97% 以上）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心燃料，用于氢能汽车、固定式发电站等，排放物仅为水。
• 能源与氢能领域：
  • 氢能储存与运输：作为零碳能源载体，通过高压气态、低温液态或固态储氢材料储存，用于氢能电网调峰、分布式能源系统。
  • 绿氢生产：结合可再生能源电解水制氢，助力碳中和目标，如钢铁行业氢基直接还原炼铁（替代焦炭）。

四、储存与运输要求

• 储存方式：
  • 高压气态储存：用特制高压钢瓶（工作压力 15~20MPa）或管束车储存，适用于中小规模运输，需避免阳光直射和高温环境。
  • 低温液态储存：将氢气冷却至 - 253℃以下液化，储存于真空绝热容器中，体积能量密度高，适合大规模长距离运输，但液化过程能耗大。
  • 固态储氢：通过金属氢化物（如氢化镁、钛铁合金）或有机液体（如甲基环己烷）吸附氢气，安全性高，便于运输，常用于氢能分布式应用。
• 运输要求：
  • 运输工具需具备防火、防爆资质，避免与氧化剂、卤素混运；气态运输时需严格检测泄漏，液态运输需控制温度和压力，防止气化泄漏。
  • 管道运输：适用于大规模固定路线输送，需采用专用无缝钢管，内壁防腐处理，定期检测管道密封性。

五、安全注意事项

• 燃爆风险防控：
  • 氢气泄漏后易形成爆炸性混合物，储存和使用场所需严禁明火、静电，配备防爆电气设备和氢气泄漏检测仪（报警浓度≤1% 体积比）。
  • 作业时需使用防爆工具，避免金属摩擦产生火花，操作人员需穿戴防静电服装。
• 窒息与冻伤风险：
  • 高浓度氢气会排挤空气中的氧气，导致缺氧窒息，需保证场所通风良好，氧气浓度低于 18% 时立即撤离。
  • 液态氢接触皮肤会导致冻伤，操作时需佩戴绝热手套和护目镜。
• 泄漏应急处理：
  • 发现泄漏立即切断气源，严禁启闭电器设备，开启通风系统；若发生火灾，需用专用灭火剂（如雾状水、二氧化碳）扑灭，不可盲目扑灭火焰（防止回火爆炸），应先切断氢气供应。

六、纯度标准与前沿发展

• 纯度等级：
  • 工业级氢气：纯度 99%~99.9%，用于一般化工和冶金；
  • 高纯氢：99.99%~99.999%（4N~5N），用于电子、氢能；
  • 超 高纯氢：≥99.9999%（6N），用于半导体顶 级工艺。
• 发展趋势：
  • 随着 “双碳” 目标推进，绿氢（可再生能源制氢）成为重点，电解水技术（如 PEM、碱性电解槽）成本持续下降，推动氢能在交通、工业脱碳中的应用。
  • 氢气管网建设与固态储氢技术突破，将加速高纯氢的规模化应用。