氫/甲烷是一種燃料，主要成分是氫和甲烷的混合成份。其比例不同帶來的燃燒效果會不同。也可用作醫學檢查。
基本介紹
- 中文名：氫/甲烷
- 套用領域：能源領域
研究背景,研究現狀,熱值特性,甲烷和氫的呼氣檢查,
研究背景
天然氣作為一種常見的清潔能源被廣泛套用於各行各業的生產與生活之中。然而，由於甲烷（CH4）中C－H鍵能較大，致使天然氣燃燒速率慢，火焰傳播速率低，稀燃時燃燒不完全，因此造成了天然氣實際使用時熱效率低、燃燒循環變動率大的缺點。針對甲烷燃燒特性的不足，可通過添加氫氣有效提高甲烷的燃燒效率和火焰傳播速度，並降低污染物的排放量。Salzano等研究了在密閉柱形容器內初始壓力對不同含量的氫氣/甲烷混合氣體最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上升速率和燃燒速率的影響。賈寶山等通過氫氣促進瓦斯爆炸實驗發現隨著氫氣含量的增加，瓦斯引爆時間逐漸縮短，爆炸強度隨之增大；Wu等在豎直管道中研究了氫氣添加對甲烷爆炸的影響，結果表明在輸入熱能相同的條件下，氫氣添加提高了混合氣體的總熱通量；Faghih等研究指出，當混合氣體中氫氣比例超過70%時，爆燃指數隨著氫氣的繼續加入成倍增長；Ma等認為，在泄爆條件下，當氫的比例低於50%時，壓力最大上升速率輕微增加，而氫的比例高於50%時壓力最大上升速率顯著增加。針對以上成果，現有的甲烷/氫氣混合氣體爆炸特性研究主要集中於部分氫氣添加比例下，而大範圍氫氣添加的研究較少，因此開展大比例含氫甲烷/空氣預混氣體的爆炸特性研究是十分有必要的。
研究現狀
儘管添加氫氣後甲烷的燃燒特性得到了較大的改善，然而含氫的甲烷/空氣預混氣體仍是生產、運輸及使用過程中不可忽視的危險源，具有較大的安全隱患。在燃料管道、閥門和高壓儲罐的縫隙和裂口中，氫氣的泄漏率很高。由於含氫的甲烷/空氣預混氣體泄漏位置的不確定性，直接造成點火位置的不同，不利於爆炸事故的預防與控制。因此，在不同的點火位置下開展氫氣/甲烷/空氣預混氣體爆炸特性的研究具有十分重要的意義。目前，學者們在泄爆條件下開展了相關實驗研究，Park等在泄爆條件下進行不同點火位置的甲烷爆炸實驗，發現點火位置在爆炸容器底部時超壓最高，在頂部時超壓最低；Guo等表明點火位置靠近泄爆端時，爆炸超壓較小；馮長根等通過爆炸仿真模擬器研究了獨頭巷道中點火位置對瓦斯爆炸的影響，結果表明點火位置離封閉端越近，各測點所得到的超壓越大；何學超等發現在90°彎曲管道中，水平點火與垂直點火時火焰的燃燒狀態並不相同；Vishwakarma等利用圓柱形爆炸容器對甲烷/空氣混合氣體爆炸進行研究，發現點火位置位於中心時比位於壁面時的爆炸壓力大。杜揚等針對常見的點火方式，對在泄爆條件下油氣爆燃的超壓瞬變與火焰行為進行了研究。此外，封閉管道條件下點火位置的影響規律，與泄爆條件下基本一致。Kindracki等研究了封閉管道內甲烷的爆炸超壓，認為點火位置在中心時，壓力最大，點火位置在底部時，壓力次之，點火位置在頂部時，壓力最小；Xiao等研究了封閉管道內氫氣火焰形狀及火焰傳播速度隨點火位置的變化規律。康楊等利用數值模擬對汽油/空氣的爆燃轉爆轟過程進行研究，得到了使DDT形成距離和時間最短的最佳點火位置。綜上所述，點火位置對水平管道中氫氣/甲烷混合氣體爆炸特性的影響還缺乏深入研究。
熱值特性
氫氣和甲烷相比氫氣的熱值高。氫氣，是一種極易燃燒，無色透明、無臭無味的氣體。氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，氫氣的密度只有空氣的1/14，即在0 ℃時，一個標準大氣壓下，氫氣的密度為0.0899 g/L。所以氫氣可作為飛艇、氫氣球的填充氣體（由於氫氣具有可燃性，安全性不高，飛艇現多用氦氣填充）。氫氣是相對分子質量最小的物質，主要用作還原劑。甲烷，在常溫下是一種無色、無臭、可燃、微毒的氣體，是1個碳原子與4個氫原子所結合的簡單碳氫化合物。101.325kpa,273.15k的狀態下，甲烷的高熱值是39829KJ/m低熱值是35807KJ/m，氫氣的高熱值12789KJ/m，低熱值是10779KJ/m。
甲烷和氫的呼氣檢查
它們通過腸黏膜屏障後進入血液循環，最終通過呼氣屏障有肺泡呼出。因此，甲烷和氫呼氣檢查反映的是人體胃腸道內碳水化合物的關係。具體體現在以下幾個方面：
1、先天性缺乏分解碳水化合物的酶。最常見的是缺少乳糖脫氫酶導致的乳糖不耐受。比較少見的是缺少果糖導致的果糖不耐受。
2、後天性缺乏分解碳水化合物的酶。例如：腹瀉導致的乳糖脫氫酶缺乏、胰腺炎導致的胰澱粉酶缺乏等。
3、細菌移位，特別是小腸細菌過度生長。正常情況下小腸內細菌很少，產生很少的氫氣和甲烷，如果在小腸出現甲烷和氫氣過高，反應存在小腸細菌過度生長。科學發現小腸細菌過度生長與很多疾病存在相關性。
4、胃和小腸傳輸速度。又稱口盲時間。給病人服用小腸不可吸收的碳水化合物後，根據甲烷和氫氣出現的高峰情況可以了解到達盲腸的時間。
5、產甲烷細菌存在的部位和多少。中國約只有三分之一的人群存在產甲烷細菌。且主要存在於降結腸部位，並且數量很少。如果甲烷含量過高，或者提前出現，可以反映產甲烷菌移位或者量過高。目前報導，甲烷可以導致腸道蠕動減慢，刺激腸壁發炎，與便秘和大腸癌存在高度相關性。
6、了解胃酸的分泌。服用鎂製劑後，金屬鎂和胃酸反應產生氫氣。可以通過呼出氫氣的多少了解胃酸的分泌量。
