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關于氫能儲運設備相關問題的探討

鉅大LARGE  |  點擊量:867次  |  2019年05月28日  

縱觀世界能源工業(yè)發(fā)展史,自人類鉆木取火進入“柴薪時代”;到煤炭在19世紀80年代超過柴薪終結“薪柴時代”進入到“煤炭時代”;再到1886年的工業(yè)革命,油氣取代煤炭成為世界第一大能源,人類又從“煤炭時代”進入了“油氣時代”;現(xiàn)在又從“油氣時代”向“氫能時代”邁入,預期在21世紀中葉人類將進入“氫能經濟”時代。


經濟的發(fā)展,離不開商業(yè)的運作。就目前能源市場來看,過剩能源的合理利用和實現(xiàn)能源商業(yè)價值息息相關。據了解,我國目前存在大量的過剩能源,有將近1000億左右的棄光、棄水、棄風等過剩能源。如何合理利用這些過剩能源,是我國首要考慮的問題,這也是我國為什么要發(fā)展氫能產業(yè)的主要原因。


發(fā)展氫能產業(yè),就要大量使用氫,可是氫怎么儲存,是我國面臨的瓶頸問題。目前,全球儲氫的方式主要有固態(tài)儲氫、液體儲氫、高壓儲氫、液態(tài)儲氫等幾種方式。盡管有多種儲氫方式,但在商業(yè)運營層面上,我國還沒有液體儲氫和固體儲氫的應用。在我國加氫站,基本都是物理高壓固態(tài)儲氫的方式。


儲氫設備基本情況


高壓氣態(tài)儲氫的儲氫密度在1.0%-5.7%之間,在高壓下將氫氣壓縮,以高密度氣態(tài)形式儲存。這種儲氫方式,成本較低、技術成熟、充放氫快、能耗低、易脫氫工作條件較寬。但體積儲氫密度低,體積比容量小,存有泄漏爆炸的安全隱患。因而得進一步提高儲罐的儲氫壓力和儲氫質量密度;改進儲罐材質,向輕量化、高壓化、低成本、質量穩(wěn)定的方向發(fā)展。這是目前發(fā)展較為成熟、較為常用的儲氫技術,也是車用儲氫主要采用的技術。

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低溫液態(tài)儲氫的儲氫密度在5.7%-10%之間,利用氫氣在高壓、低溫條件下液化,體積密度為常溫常壓氣態(tài)時的845倍,其輸送效率高于氣態(tài)氫。這種方式體積儲氫密度高、液態(tài)氫純度高。但是液化過程耗能大、易揮發(fā)。要想提高保溫效率,須增加保溫層或保溫設備,克服保溫與儲氫密度之間的矛盾;減少儲氫過程中,由于氫氣氣化所造成的1%左右的損失;降低保溫過程所耗費的相當于液氫質量30%的能量。這種方式主要應用于航天特種領域、適合于超大功率商用車輛。


固態(tài)儲氫的儲氫密度在1.0%-4.5%之間,利用固體對氫氣的物理吸附或化學反應等作用,將氫儲存于固體材料中,不需要壓力和冷凍。這種方式體積儲氫密度高,操作安全方便,不需要高壓容器,具備純化功能,得到氫純度高。但是質量儲氫密度低,成本高,吸放氫有溫度要求,抗雜質氣體能力差。提高質量儲氫密度,降低成本及溫度要求。應該是未來重要的發(fā)展方向。


有機物液態(tài)儲氫的儲氫密度在5.0%-7.2%之間,是基于不飽和液體有機物在催化劑作用下進行加氫反應,生成穩(wěn)定化合物,當需要氫氣時再進行脫氫反應。這種方式儲氫密度高,通過加氫、脫氫過程可實現(xiàn)有機液體的循環(huán)利用,成本相對較低,常用材料(如環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷等)安全性較高。但是氫氣純度不高,有幾率發(fā)生副反應,產生雜質氣體,而且成本較高,須配備相應的加氫、脫氫裝置;脫氫反應常在常溫下進行,催化劑易結焦失活。所以需要提高低溫下有機液體儲氫介質的脫氫速率與效率、催化劑反應性能,改善反應條件、降低脫氫成本及操作速度。這種方式可利用傳統(tǒng)石油設施進行運輸和加注。


儲氫設備存在的問題


從設備的損傷模式來看,常規(guī)的設備有以下幾種方式,一是腐蝕減薄,碳酸、硫酸包括土壤腐蝕;二是硫化物、碳酸鹽氨腐蝕;三是機械疲勞,造成的開裂,包括高溫的腐蝕;還有就是材質劣化,不銹鋼腐蝕等。如今很多儲氫設備沒了放開,這跟氫的損傷模式沒有完全修復有直接的關系。

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在儲氫設備規(guī)范標準方面,目前我國還沒有一個標準,這也是制約加氫站發(fā)展的原因。美國有一個ASME標準,是一個嚴格的評價體系。從儲氫設備材料的性能來講,美國的標準相對寬松,而我國要求非常嚴。


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