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水合物技術(shù)儲(chǔ)存氫氣反應(yīng)裝置

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氫氣的儲(chǔ)存有高壓壓縮、低溫液化、金屬氫化物等多種方式,利用水合物技術(shù)儲(chǔ)存氫氣是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。從水合物儲(chǔ)氫的原理、技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和安全性方面對(duì)水合物儲(chǔ)氫技術(shù)進(jìn)行了分析比較。水合物儲(chǔ)氫技術(shù)的能耗與儲(chǔ)能之比與高壓壓縮法相近,生產(chǎn)成本低于高壓壓縮法和低溫液化法,而且安全性較高,是一種潛在的高效儲(chǔ)氣技術(shù)。



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    氫能源因具有來(lái)源豐富、可再生、熱效率高和燃燒清潔等特點(diǎn)而受到廣泛重視,作為清潔能源可替代石油、天然氣和煤等短缺的化石燃料,將成為21世紀(jì)的綠色能源。氫氣作為能源在我國(guó)的應(yīng)用主要集中在民用和交通領(lǐng)域,城市現(xiàn)在大力推廣天然氣,在此之前多使用人工煤氣,而人工煤氣中就含有體積分?jǐn)?shù)約50%的氫氣,這是氫作為能源在民用領(lǐng)域的主要應(yīng)用,目前仍占一定的比例。隨著氫能應(yīng)用研究的不斷深入,特別是氫內(nèi)燃機(jī)汽車和以氫為燃料、通過(guò)化學(xué)作用產(chǎn)生電能作為動(dòng)力的燃料電池汽車技術(shù)日趨接近大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用,氫的儲(chǔ)存技術(shù)顯得十分重要。從某種意義上來(lái)說(shuō),氫氣儲(chǔ)存是氫能應(yīng)用的瓶頸技術(shù),大規(guī)模、經(jīng)濟(jì)、高效和安全儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展將直接影響到氫能技術(shù)的推廣應(yīng)用,尤其是在車輛和移動(dòng)工具方面。

水合物技術(shù)儲(chǔ)存氫氣反應(yīng)釜,常用的氫氣儲(chǔ)存方法

由于氫具有質(zhì)量輕,難以壓縮,難以液化,易燃、易爆,高壓下可透過(guò)容器壁,易與容器金屬形成氫化物而產(chǎn)生氫脆的特點(diǎn),因此探索和尋找適用于大規(guī)模儲(chǔ)氫的技術(shù)將是一項(xiàng)重要的研究課題。常見(jiàn)的儲(chǔ)氫技術(shù)一般基于化學(xué)反應(yīng),如通過(guò)氫化物的生成與分解儲(chǔ)氫,或者基于物理吸附,當(dāng)前大量的儲(chǔ)氫研究是基于物理吸附的儲(chǔ)氫方法。目前,氫氣儲(chǔ)存主要有物理法和化學(xué)法兩大類。

物理法主要有:高壓氫氣儲(chǔ)存、低溫液化儲(chǔ)存、玻璃微球儲(chǔ)存、活性炭吸附儲(chǔ)存、地下巖洞儲(chǔ)存、碳納米管儲(chǔ)存(也包含部分的化學(xué)吸附儲(chǔ)存)、水合物儲(chǔ)存。

化學(xué)法主要有:儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)存、有機(jī)液態(tài)氫化物儲(chǔ)存、無(wú)機(jī)物儲(chǔ)存等形式。衡量一種氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的依據(jù)有儲(chǔ)氫成本、儲(chǔ)氫密度和安全性等方面。目前,氫氣一般以高壓壓縮、低溫液化、金屬氫化物、有機(jī)氫化物和物理化學(xué)吸附等形式儲(chǔ)存。衡量?jī)?chǔ)氫性能的參數(shù)主要有兩個(gè):體積儲(chǔ)氫密度和質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度。體積儲(chǔ)氫密度為單位體積系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)存氫氣的質(zhì)量,質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度為系統(tǒng)儲(chǔ)存氫氣的質(zhì)量與整個(gè)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的質(zhì)量(含容器、存儲(chǔ)介質(zhì)材料、閥及氫氣等)之比。高壓壓縮儲(chǔ)氫發(fā)展的歷史較早,是比較傳統(tǒng)而成熟的方法,無(wú)需任何材料作載體,只需耐壓和絕熱的容器,但是其儲(chǔ)氫效率很低,加壓到15MPa時(shí)質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度不超過(guò)3%,而且存在很大的安全隱患,成本也很高。低溫液化方式儲(chǔ)運(yùn)雖然質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度高(可以達(dá)到14%),但液氫沸點(diǎn)僅20.38K,氣化潛熱小,僅0.921kJ/mol,而液氫的溫度與外界的溫度存在巨大的溫差,因此稍有熱量從外界傳入容器,即會(huì)快速沸騰而損失。儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫容量較大,體積儲(chǔ)氫密度是相同溫度、壓力條件下氣態(tài)氫的1000倍,其體積儲(chǔ)氫密度可高達(dá)40~50kg/m3,但其缺點(diǎn)是質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度低,多數(shù)儲(chǔ)氫合金的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度僅為1.5%~3%。

    相對(duì)于高壓壓縮儲(chǔ)氫和低溫液化儲(chǔ)氫,金屬氫化物、碳納米管吸附、水合物儲(chǔ)氫等固態(tài)材料氫氣儲(chǔ)存方法主要有以下潛在優(yōu)勢(shì):較小的體積、較低的壓力(更高的能源效率)和更多高純度的氫氣產(chǎn)出。壓縮氣體和液體儲(chǔ)存如今是商業(yè)上可行的方法,但完全符合成本效益的儲(chǔ)存系統(tǒng)還有待開發(fā)。另外還要關(guān)注儲(chǔ)存方法的安全性,特別是對(duì)新的儲(chǔ)存方法。從安全角度上考慮,在城市中建立儲(chǔ)存20~70MPa壓縮氫氣的大容量?jī)?chǔ)罐是不可行的。液化氫氣需要給液化設(shè)備和儲(chǔ)存設(shè)備不斷供冷來(lái)維持20K或更低的低溫。用水合物的形式儲(chǔ)存氫氣是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種物理儲(chǔ)氫方法,該方法不但有較高的儲(chǔ)氫效率,而且其原料(水或冰)也十分容易獲得,另外,儲(chǔ)存的溫度也在液氮溫區(qū)以上。由于氫氣水合物中的氫分子是通過(guò)氫鍵與水分子結(jié)合的,并不需要形成化學(xué)鍵,所以釋放從而利用氫氣也容易得多,水合物儲(chǔ)氫也適合于將氫氣在常壓下安全地儲(chǔ)存。北京世紀(jì)森朗水合物反應(yīng)釜,水合物儲(chǔ)氫反應(yīng)設(shè)備,水合物技術(shù)儲(chǔ)存氫氣反應(yīng)釜,水合物加氫反應(yīng)釜。



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