水合物技術儲存氫氣反應裝置

氫(qing)能(neng)源因具有來源豐富、可再生(sheng)、熱效率高和燃(ran)(ran)燒清潔等(deng)特點而(er)受到(dao)廣泛重視，作為(wei)清潔能(neng)源可替代石油、天然(ran)氣和煤等(deng)短缺(que)的化(hua)石燃(ran)(ran)料(liao)，將(jiang)成(cheng)為(wei)21世紀的(de)(de)(de)綠色能(neng)(neng)源。氫(qing)(qing)氣(qi)作(zuo)(zuo)為(wei)能(neng)(neng)源在(zai)我國(guo)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)主要(yao)(yao)集中(zhong)在(zai)民用(yong)和(he)交通(tong)領域(yu)，城市現在(zai)大(da)力(li)推廣(guang)天然氣(qi)，在(zai)此(ci)之前(qian)(qian)多使(shi)用(yong)人(ren)工煤氣(qi)，而人(ren)工煤氣(qi)中(zhong)就含(han)有(you)體(ti)積分(fen)數約50%的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)氣(qi)，這是氫(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為(wei)能(neng)(neng)源在(zai)民用(yong)領域(yu)的(de)(de)(de)主要(yao)(yao)應(ying)用(yong)，目前(qian)(qian)仍占(zhan)一定的(de)(de)(de)比例。隨(sui)著氫(qing)(qing)能(neng)(neng)應(ying)用(yong)研究的(de)(de)(de)不斷深入(ru)，特(te)別是氫(qing)(qing)內燃(ran)機汽(qi)車和(he)以氫(qing)(qing)為(wei)燃(ran)料(liao)、通(tong)過化(hua)學作(zuo)(zuo)用(yong)產(chan)生電能(neng)(neng)作(zuo)(zuo)為(wei)動力(li)的(de)(de)(de)燃(ran)料(liao)電池(chi)汽(qi)車技術(shu)(shu)日趨接近大(da)規(gui)模商業化(hua)應(ying)用(yong)，氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)儲存(cun)技術(shu)(shu)顯(xian)得十分(fen)重要(yao)(yao)。從某種(zhong)意義上(shang)來說，氫(qing)(qing)氣(qi)儲存(cun)是氫(qing)(qing)能(neng)(neng)應(ying)用(yong)的(de)(de)(de)瓶頸技術(shu)(shu)，大(da)規(gui)模、經濟、高效和(he)安全(quan)儲氫(qing)(qing)技術(shu)(shu)的(de)(de)(de)發展將(jiang)直接影響到氫(qing)(qing)能(neng)(neng)技術(shu)(shu)的(de)(de)(de)推廣(guang)應(ying)用(yong)，尤其是在(zai)車輛和(he)移動工具方面(mian)。

水合物技術儲存氫氣反應釜，常用的氫氣儲存方(fang)法

由于(yu)氫(qing)(qing)(qing)(qing)具有(you)質量(liang)輕，難(nan)以(yi)壓縮，難(nan)以(yi)液化，易(yi)燃、易(yi)爆，高壓下可透過(guo)容器(qi)壁，易(yi)與容器(qi)金(jin)屬形(xing)成氫(qing)(qing)(qing)(qing)化物(wu)而產生氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)的(de)特點，因(yin)此(ci)探(tan)索和尋找適用于(yu)大規模儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)技(ji)術將是(shi)一項(xiang)重要(yao)(yao)的(de)研究課題。常見的(de)儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)技(ji)術一般基于(yu)化學反應，如通過(guo)氫(qing)(qing)(qing)(qing)化物(wu)的(de)生成與分解儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)，或者基于(yu)物(wu)理吸附(fu)，當前(qian)大量(liang)的(de)儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)研究是(shi)基于(yu)物(wu)理吸附(fu)的(de)儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)方法。目前(qian)，氫(qing)(qing)(qing)(qing)氣儲存(cun)主(zhu)要(yao)(yao)有(you)物(wu)理法和化學法兩大類。

物理(li)法主要有：高壓氫氣儲(chu)存(cun)、低溫液化儲(chu)存(cun)、玻璃微球儲(chu)存(cun)、活性炭吸(xi)附儲(chu)存(cun)、地下巖(yan)洞儲(chu)存(cun)、碳納米管(guan)儲(chu)存(cun)(也包(bao)含部分的化學吸(xi)附儲存(cun))、水合物儲存(cun)。

化學法主(zhu)要有：儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)合(he)金儲(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)、有機液(ye)態氫(qing)(qing)化(hua)(hua)物儲(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)、無機物儲(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)等(deng)形式。衡(heng)量(liang)(liang)一(yi)種氫(qing)(qing)氣(qi)儲(chu)(chu)(chu)運技(ji)術(shu)的依據有儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)成(cheng)本、儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)密度(du)(du)和安(an)全性(xing)(xing)等(deng)方面。目前，氫(qing)(qing)氣(qi)一(yi)般以高壓壓縮、低溫液(ye)化(hua)(hua)、金屬氫(qing)(qing)化(hua)(hua)物、有機氫(qing)(qing)化(hua)(hua)物和物理化(hua)(hua)學吸附等(deng)形式儲(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)。衡(heng)量(liang)(liang)儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)性(xing)(xing)能的參數主要有兩個：體(ti)積儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)密度(du)(du)和質(zhi)量(liang)(liang)儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)密度(du)(du)。體(ti)積儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)密度(du)(du)為單位體(ti)積系統(tong)內(nei)儲(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)氫(qing)(qing)氣(qi)的質(zhi)量(liang)(liang)，質(zhi)量(liang)(liang)儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)密度(du)(du)為系統(tong)儲(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)氫(qing)(qing)氣(qi)的質(zhi)量(liang)(liang)與整個儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)系統(tong)的質(zhi)量(liang)(liang)(含容器(qi)、存儲(chu)(chu)(chu)介質(zhi)材(cai)料(liao)、閥及氫(qing)(qing)氣等(deng))之(zhi)比(bi)。高(gao)壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)縮(suo)儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)發展的(de)(de)(de)(de)歷史較早，是(shi)比(bi)較傳統而(er)成熟的(de)(de)(de)(de)方(fang)法，無需任何材(cai)料(liao)作載體，只需耐壓(ya)(ya)和絕熱的(de)(de)(de)(de)容器(qi)，但是(shi)其儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)效率很(hen)低，加壓(ya)(ya)到15MPa時(shi)質(zhi)量儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)不超過(guo)3%，而(er)且存在很(hen)大(da)的(de)(de)(de)(de)安全隱患(huan)，成本也很(hen)高(gao)。低溫(wen)液化(hua)方(fang)式儲(chu)(chu)(chu)運雖然質(zhi)量儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)高(gao)(可(ke)以(yi)達到14%)，但液氫(qing)(qing)沸(fei)點僅(jin)20.38K，氣化(hua)潛熱小，僅(jin)0.921kJ/mol，而(er)液氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)與(yu)外界(jie)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)存在巨大(da)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)差(cha)，因此稍(shao)有熱量從外界(jie)傳入容器(qi)，即會快(kuai)速沸(fei)騰而(er)損失(shi)。儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)合金(jin)的(de)(de)(de)(de)儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)容量較大(da)，體積(ji)儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)是(shi)相同溫(wen)度(du)(du)(du)、壓(ya)(ya)力條件下氣態氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)1000倍，其體積(ji)儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)可(ke)高(gao)達40～50kg/m3，但其缺點是(shi)質(zhi)量儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)低，多(duo)數儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)合金(jin)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)僅(jin)為1.5%～3%。

    相對于高(gao)壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)和低(di)溫液(ye)化儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)，金屬氫(qing)(qing)化物(wu)(wu)、碳納米管吸附(fu)、水(shui)合(he)物(wu)(wu)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)等固態(tai)材料氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)(cun)方(fang)(fang)法主要(yao)(yao)有以下(xia)潛在(zai)優勢：較(jiao)(jiao)小的(de)(de)體積、較(jiao)(jiao)低(di)的(de)(de)壓(ya)(ya)力(更(geng)高(gao)的(de)(de)能源效(xiao)(xiao)率(lv)(lv))和更(geng)多(duo)高(gao)純度的(de)(de)氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)產出。壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體和液(ye)體儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)(cun)如(ru)今是(shi)商業上可行的(de)(de)方(fang)(fang)法，但*符合(he)成本效(xiao)(xiao)益(yi)的(de)(de)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)(cun)系統還有待開發。另(ling)外(wai)還要(yao)(yao)關注(zhu)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)(cun)方(fang)(fang)法的(de)(de)安(an)全(quan)性(xing)，特別是(shi)對新的(de)(de)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)(cun)方(fang)(fang)法。從(cong)安(an)全(quan)角度上考慮，在(zai)城市(shi)中建立儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)(cun)20～70MPa壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)大(da)容量儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)罐是(shi)不(bu)可行的(de)(de)。液(ye)化氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)需要(yao)(yao)給(gei)液(ye)化設(she)備(bei)和儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)(cun)設(she)備(bei)不(bu)斷供冷來維持20K或更(geng)低(di)的(de)(de)低(di)溫。用水(shui)合(he)物(wu)(wu)的(de)(de)形(xing)式(shi)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)(cun)氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)是(shi)近年來發展起來的(de)(de)一種物(wu)(wu)理(li)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)方(fang)(fang)法，該方(fang)(fang)法不(bu)但有較(jiao)(jiao)高(gao)的(de)(de)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)，而(er)且其原料(水(shui)或冰)也(ye)(ye)十(shi)分容易獲得(de)，另(ling)外(wai)，儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)(cun)的(de)(de)溫度也(ye)(ye)在(zai)液(ye)氮溫區以上。由于氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)水(shui)合(he)物(wu)(wu)中的(de)(de)氫(qing)(qing)分子(zi)是(shi)通(tong)過(guo)氫(qing)(qing)鍵與水(shui)分子(zi)結合(he)的(de)(de)，并不(bu)需要(yao)(yao)形(xing)成化學鍵，所以釋放(fang)從(cong)而(er)利用氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)也(ye)(ye)容易得(de)多(duo)，水(shui)合(he)物(wu)(wu)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)也(ye)(ye)適合(he)于將氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)常壓(ya)(ya)下(xia)安(an)全(quan)地(di)儲(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)(cun)。

 水合物技術儲存氫氣反應裝置