氫氣儲運技術(shù)研究現(xiàn)狀與工程運用(修改終結(jié)版)

氫能的特性1燃燒性能好

對環(huán)境友好利用形式多樣貯運形式多樣引言氫能的限制2著火范圍寬著火能更低更容易泄漏傳播速度快更容易爆炸安全性方面制取能耗高產(chǎn)氫率較低設(shè)備成本較高.制取方面儲存方面成本過高安全問題技術(shù)要求高氫氣的儲運技術(shù)研究現(xiàn)狀

及其工程應(yīng)用

3組長：李輝PPT制作：鄒遠(yuǎn)輝PPT報告：許靜資料收集：曾世榮、曹奇敏、黃佳平、江生林、彭志權(quán)、張建、魯釗、陳聰outline一、氫氣的儲運設(shè)備研究的現(xiàn)狀1.1氫氣儲運方法簡介1.2氫氣儲運材料簡介1.3高壓氫氣儲運設(shè)備簡介1.4高壓氫氣儲運設(shè)備的風(fēng)險控制二、氫氣的工程應(yīng)用2.1氫氣的工程應(yīng)用概述2.2氫氣的工程應(yīng)用示例（氫動力汽車）4一、氫氣儲運技術(shù)研究現(xiàn)狀氫的儲運技術(shù)是開發(fā)利用氫能的關(guān)鍵性技術(shù)，如何有效地對氫進(jìn)行儲存，并且在使用時能夠方便地釋放出來，是該項技術(shù)研究的焦點。目前的一些儲氫材料和技術(shù)離氫能的實用化還有較大的距離，在質(zhì)量和體積儲氫密度、工作溫度、可逆循環(huán)性能以及安全性等方面，還不能同時滿足實用化要求。5

1.1氫氣儲運方法簡介

物理法:液氫儲存、高壓氫氣儲存、活性炭吸附儲存、碳纖維和碳納米管儲存、玻璃微球儲存、

儲存地下巖洞儲存等

化學(xué)法:金屬氫化物儲存、有機(jī)液態(tài)氫化物儲存、

儲無機(jī)物儲存、鐵磁性材料儲存等。運

壓縮氫氣

運輸

(主要）壓縮液氫67氫氣儲存主要方法的比較81.2氫氣儲存材料簡介氫氣儲存材料的性能分析：氫有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種儲存方式。氣態(tài)儲存的安全性差,儲氫的體積密度較小;液態(tài)儲氫的體積密度大,但由于氫氣液化要冷卻到20K的超低溫下才能實現(xiàn),因此能耗大、成本高;而利用吸氫材料與固體反應(yīng)生成固溶體和氫化物的固體儲氫方式,能有效地克服氣、液兩種儲存方式的不足,因此被研究界普遍看好。91.2.1無機(jī)儲氫材料基于鎂基合金材料：儲氫合金是指在一定溫度和壓強(qiáng)下,能可逆地大量吸收、儲存和釋放氫氣的金屬復(fù)合物。其儲氫機(jī)理是氫分子被吸附在金屬表面后,離解成氫原子嵌入到金屬的晶格中形成氫化物。合金作為儲氫材料,具有儲氫量大,安全可靠,無污染,可重復(fù)使用等特點。無機(jī)氫化物儲氫材料：近年來,無機(jī)儲氫材料由于具有相對較高的儲氫質(zhì)量比和良好的吸放氫性能而備受青睞,其儲氫機(jī)理是堿金屬和氫反應(yīng)生成無機(jī)金屬氫化物,這種氫化物受熱或者與水反應(yīng)可以分解放出氫氣。101.2.2有機(jī)儲氫材料碳基材料：具有優(yōu)良的儲氫性能，儲氫過程是通過物理吸附來實現(xiàn)的該材料的物理吸附性能與其表面積的大小密切相關(guān)。碳基材料由于具有高的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)使其具有儲氫容量大、吸放氫條件溫和等良好的儲氫性能。有機(jī)化合物材料：有機(jī)化合物儲氫材料是近年來材料研究的一個新的方向。在對碳基材料的研究中,研究者發(fā)現(xiàn),具有大的比表面積和對氫的高的吸附結(jié)合能是決定吸附型材料性能的兩個關(guān)鍵因素。于是人們努力尋求具有這類性質(zhì)的有機(jī)分子材料。有機(jī)液體儲氫材料：借助不飽和液體有機(jī)物與氫的加氫和脫氫反應(yīng)來實現(xiàn)的。目前常用的有機(jī)液體氫化物的儲氫劑有苯和甲苯,有機(jī)液體氫化物儲氫材料巨大的儲氫容量使其具有廣闊的前景。111.3高壓氫氣儲運設(shè)備簡介1.3.1現(xiàn)有儲氫方式的對比:121.3.2高壓儲氫的商業(yè)化發(fā)展：

高壓儲氫雖然在儲氫密度方面受到一定的限制,但仍具有儲氫設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡單、壓縮氫氣制備的能耗低、充裝速度快等優(yōu)點。隨著輕質(zhì)高壓儲氫技術(shù)的發(fā)展,高壓儲氫技術(shù)已得到快速發(fā)展。世界上絕大多數(shù)從事燃料電池汽車研究的公司(如通用、三菱、DaimlerChryslerFord等)均將高壓氫氣作為燃料電池汽車的儲氫方式。131.3.2主要高壓氫氣儲運設(shè)備簡介根據(jù)生產(chǎn)和使用的不同應(yīng)用方式,高壓儲氫設(shè)備大致可分為:14(1)車用高壓儲氫容器

是燃料電池汽車或氫內(nèi)燃機(jī)汽車上用于儲存高壓氫氣的容器。與車用天然氣儲存容器相比,其工作壓力更高。目前國際上車用儲氫容器主要朝著輕質(zhì)、高壓的方向發(fā)展,致力于提高效率,增加容器可靠性、降低成本、制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面的工作.15注：該裝置一次可儲氫3.1kg，裝配于GM的HydroGen3汽車上，行駛里程為170英里。16美國QUANTUM公司開發(fā)的第4類車用壓力儲氫裝置(2)高壓氫氣的運輸設(shè)備

主要用于將氫氣從產(chǎn)地運輸?shù)绞褂玫鼗蚣託湔尽Ｓ械挠么笮透邏簾o縫氣瓶、“K”bottle氣瓶盛裝氫氣,并用汽車運輸;有的直接用高壓氫氣管道輸送。管式拖車用旋壓成型的大型高壓氣瓶盛裝氫氣。1718(3)固定式高壓氫氣儲存設(shè)備

主要用于在固定場所儲存高壓氫氣,如加氫站和制氫站內(nèi)的儲氣罐,電廠內(nèi)儲存高壓氫氣的儲罐等。其特點是壓力高,固定式使用,但是重量的限制不嚴(yán)的，一般都采用較大容量的鋼制壓力容器。故其容器內(nèi)氫氣的儲存量大,一旦發(fā)生泄漏爆炸事故,有可能造成嚴(yán)重?fù)p失和人員傷亡。19201.4高壓氫氣儲運設(shè)備的風(fēng)險控制

按照《特種設(shè)備監(jiān)察條例》的規(guī)定,高壓氫氣儲運設(shè)備屬于特種設(shè)備,其風(fēng)險很大,必須采取有效的措施進(jìn)行控制。提高設(shè)備的本質(zhì)安全性三方面加氫過程中的風(fēng)險控制加氫過程中的風(fēng)險控制211.4.1提高設(shè)備的本質(zhì)安全性主要方法有：（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）應(yīng)力控制（3）超壓保護(hù)221.4.2加氫過程中的風(fēng)險控制高壓儲氫時的加氫過程是一個儲氫氣源與使用單元的物質(zhì)和能量交換,使大量的高能氣體進(jìn)入到空氣瓶中的過程。如果在這一過程中沒有掌握好操作和密封問題,就有可能導(dǎo)致儲氫設(shè)備出現(xiàn)危險。231.4.3輸運與車用儲氫設(shè)備的風(fēng)險控制輸運和車用的儲氫設(shè)備必須考慮動載荷對設(shè)備本身的影響,設(shè)備要做減震的措施增強(qiáng)保護(hù)。由于震動等的影響,這類設(shè)備的閥門可能會受到一定的影響,配備在輸運和車用上的儲氫設(shè)備必須進(jìn)行嚴(yán)格檢查后才能使用。除了在儲氫設(shè)備中要進(jìn)行安全狀態(tài)監(jiān)控,還應(yīng)在駕駛室、車體外部增加氣體探測器等。24二、氫氣的工程應(yīng)用252.1氫的應(yīng)用概述氫在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用氫在內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用氫在燃料電池中的應(yīng)用26目前氫氣的主要用途是在石化、冶金等工業(yè)中作為重要原料，此外Ni-MH電池在手機(jī)、筆記本電腦、電動車方面也獲得了廣泛的應(yīng)用。對于未來的“氫經(jīng)濟(jì)”而言，氫的應(yīng)用技術(shù)主要包括：燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)(－蒸汽輪機(jī))發(fā)電、內(nèi)燃機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)。普遍認(rèn)為，燃料電池是未來人類社會最主要的發(fā)電及動力設(shè)備。主要應(yīng)用有：汽車是人們生活中的重要交通工具，而汽車排放的尾氣又是造成日益嚴(yán)重的環(huán)境污染的重要原因，為此，人們急需尋找一種代用燃料?？茖W(xué)家經(jīng)過幾十年的精心研究發(fā)現(xiàn)，用氫燃料電池作汽車動力無污染環(huán)境的有害成份。因此，使用氫燃料電池的汽車才是名副其實的“綠色燃料”汽車。據(jù)報道，在冰島政府的支持下，戴姆勒—克萊斯勒公司和殼牌公司1999年初公布了把這個島國變?yōu)槭澜缟系谝粋€“氫經(jīng)濟(jì)”的國家計劃——最終用無污染的氫能源取代所有小轎車、公共汽車上使用的柴油和汽油。德國已經(jīng)陸續(xù)推出了各種燃?xì)淦嚒?72.2氫氣的工程應(yīng)用示例（氫動力汽車）2829Linde水冷液氫儲罐實際產(chǎn)品及裝配汽車照片2.2.1氫動力的節(jié)能優(yōu)勢與傳統(tǒng)汽車相比，氫動力汽車能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)60-80%，為內(nèi)燃機(jī)的2至3倍。燃料電池本身工作沒有噪聲、沒有振動，其電極僅作為化學(xué)反應(yīng)的場所和導(dǎo)電的通道，本身不參與化學(xué)反應(yīng)，沒有損耗，壽命長。從這些方面來看，氫動力汽車當(dāng)之無愧地是未來汽車發(fā)展的重點。302.2.2氫動力汽車的發(fā)展阻力需使用的是存放液態(tài)氫的大型高壓密封箱;高昂的成本問題。如天價般的使用成本同樣使得