氢气储运技术研究现状与工程运用(修改终结版)

氢能的特性1燃烧性能好

对环境友好利用形式多样贮运形式多样引言氢能的限制2着火范围宽着火能更低更容易泄漏传播速度快更容易爆炸安全性方面制取能耗高产氢率较低设备成本较高.制取方面储存方面成本过高安全问题技术要求高氢气的储运技术研究现状

及其工程应用

3组长：李辉PPT制作：邹远辉PPT报告：许静资料收集：曾世荣、曹奇敏、黄佳平、江生林、彭志权、张建、鲁钊、陈聪outline一、氢气的储运设备研究的现状1.1氢气储运方法简介1.2氢气储运材料简介1.3高压氢气储运设备简介1.4高压氢气储运设备的风险控制二、氢气的工程应用2.1氢气的工程应用概述2.2氢气的工程应用示例（氢动力汽车）4一、氢气储运技术研究现状氢的储运技术是开发利用氢能的关键性技术，如何有效地对氢进行储存，并且在使用时能够方便地释放出来，是该项技术研究的焦点。目前的一些储氢材料和技术离氢能的实用化还有较大的距离，在质量和体积储氢密度、工作温度、可逆循环性能以及安全性等方面，还不能同时满足实用化要求。5

1.1氢气储运方法简介

物理法:液氢储存、高压氢气储存、活性炭吸附储存、

碳纤维和碳纳米管储存、玻璃微球储存、

储存

地下岩洞储存等

化学法:金属氢化物储存、有机液态氢化物储存、

储

无机物储存、铁磁性材料储存等。

运

压缩氢气

运输

(主要）

压缩液氢67氢气储存主要方法的比较8储氢技术优点不足压力容器储存200atm以下技术熟；使用广泛；成本低200atm时储氢量少；高压下能量密度可于液氢媲美，但低于汽油和煤油；高压储存技术仍在发展中液氢储罐技术完全成熟；储氢密度大需要极好的绝热容器以维持低温；生产过程耗能较高，成本高；有蒸发损失；能量密度低于液体化石燃料金属氢化物储氢某些技术已得到应用；固态储存；无外形限制；热效应可加以利用重量大；性能随时间退化；目前阶段价格昂贵；加氢时需冷却循环过程碳材料储氢可以有很高储存密度，质轻；价廉处于研发阶段；未充分证明其可行性1.2氢气储存材料简介氢气储存材料的性能分析：氢有气态、液态和固态三种储存方式。气态储存的安全性差,储氢的体积密度较小;液态储氢的体积密度大,但由于氢气液化要冷却到20K的超低温下才能实现,因此能耗大、成本高;

而利用吸氢材料与固体反应生成固溶体和氢化物的固体储氢方式,能有效地克服气、液两种储存方式的不足,因此被研究界普遍看好。91.2.1无机储氢材料基于镁基合金材料：储氢合金是指在一定温度和压强下,能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属复合物。其储氢机理是氢分子被吸附在金属表面后,离解成氢原子嵌入到金属的晶格中形成氢化物。合金作为储氢材料,具有储氢量大,安全可靠,无污染,可重复使用等特点。无机氢化物储氢材料：近年来,无机储氢材料由于具有相对较高的储氢质量比和良好的吸放氢性能而备受青睐,其储氢机理是碱金属和氢反应生成无机金属氢化物,这种氢化物受热或者与水反应可以分解放出氢气。101.2.2有机储氢材料碳基材料：具有优良的储氢性能，储氢过程是通过物理吸附来实现的该材料的物理吸附性能与其表面积的大小密切相关。碳基材料由于具有高的比表面积和多孔结构使其具有储氢容量大、吸放氢条件温和等良好的储氢性能。有机化合物材料：有机化合物储氢材料是近年来材料研究的一个新的方向。在对碳基材料的研究中,研究者发现,具有大的比表面积和对氢的高的吸附结合能是决定吸附型材料性能的两个关键因素。于是人们努力寻求具有这类性质的有机分子材料。有机液体储氢材料：借助不饱和液体有机物与氢的加氢和脱氢反应来实现的。目前常用的有机液体氢化物的储氢剂有苯和甲苯,有机液体氢化物储氢材料巨大的储氢容量使其具有广阔的前景。111.3高压氢气储运设备简介1.3.1现有储氢方式的对比:121.3.2高压储氢的商业化发展：

高压储氢虽然在储氢密度方面受到一定的限制,但仍具有储氢设备结构较为简单、压缩氢气制备的能耗低、充装速度快等优点。随着轻质高压储氢技术的发展,高压储氢技术已得到快速发展。世界上绝大多数从事燃料电池汽车研究的公司(如通用、三菱、DaimlerChryslerFord等)均将高压氢气作为燃料电池汽车的储氢方式。131.3.2主要高压氢气储运设备简介根据生产和使用的不同应用方式,高压储氢设备大致可分为:14(1)车用高压储氢容器

是燃料电池汽车或氢内燃机汽车上用于储存高压氢气的容器。与车用天然气储存容器相比,其工作压力更高。目前国际上车用储氢容器主要朝着轻质、高压的方向发展,致力于提高效率,增加容器可靠性、降低成本、制定相应标准、结构优化等方面的工作.15注：该装置一次可储氢3.1kg，装配于GM的HydroGen3汽车上，行驶里程为170英里。16美国QUANTUM公司开发的第4类车用压力储氢装置(2)高压氢气的运输设备

主要用于将氢气从产地运输到使用地或加氢站。有的用大型高压无缝气瓶、“K”bottle气瓶盛装氢气,并用汽车运输

;有的直接用高压氢气管道输送。管式拖车用旋压成型的大型高压气瓶盛装氢气。1718(3)固定式高压氢气储存设备

主要用于在固定场所储存高压氢气,如加氢站和制氢站内的储气罐,电厂内储存高压氢气的储罐等

。其特点是压力高,固定式使用,但是重量的限制不严的，一般都采用较大容量的钢制压力容器。故其容器内氢气的储存量大,一旦发生泄漏爆炸事故,有可能造成严重损失和人员伤亡。19201.4高压氢气储运设备的风险控制

按照《特种设备监察条例》的规定,高压氢气储运设备属于特种设备,其风险很大,必须采取有效的措施进行控制。

提高设备的本质安全性三方面加氢过程中的风险控制

加氢过程中的风险控制211.4.1提高设备的本质安全性主要方法有：（1）结构设计（2）应力控制（3）超压保护221.4.2加氢过程中的风险控制高压储氢时的加氢过程是一个储氢气源与使用单元的物质和能量交换,使大量的高能气体进入到空气瓶中的过程。如果在这一过程中没有掌握好操作和密封问题,就有可能导致储氢设备出现危险。231.4.3输运与车用储氢设备的风险控制输运和车用的储氢设备必须考虑动载荷对设备本身的影响,设备要做减震的措施增强保护。由于震动等的影响,这类设备的阀门可能会受到一定的影响,配备在输运和车用上的储氢设备必须进行严格检查后才能使用。

除了在储氢设备中要进行安全状态监控,还应在驾驶室、车体外部增加气体探测器等。24二、氢气的工程应用252.1氢的应用概述氢在燃气轮机发电系统中的应用氢在内燃机中的应用氢在燃料电池中的应用26目前氢气的主要用途是在石化、冶金等工业中作为重要原料，此外Ni-MH电池在手机、笔记本电脑、电动车方面也获得了广泛的应用。对于未来的“氢经济”而言，氢的应用技术主要包括：燃料电池、燃气轮机(－蒸汽轮机)发电、内燃机和火箭发动机。普遍认为，燃料电池是未来人类社会最主要的发电及动力设备。主要应用有：汽车是人们生活中的重要交通工具，而汽车排放的尾气又是造成日益严重的环境污染的重要原因，为此，人们急需寻找一种代用燃料。科学家经过几十年的精心研究发现，用氢燃料电池作汽车动力无污染环境的有害成份。因此，使用氢燃料电池的汽车才是名副其实的“绿色燃料”汽车。

据报道，在冰岛政府的支持下，戴姆勒—克莱斯勒公司和壳牌公司1999年初公布了把这个岛国变为世界上第一个“氢经济”的国家计划——最终用无污染的氢能源取代所有小轿车、公共汽车上使用的柴油和汽油。德国已经陆续推出了各种燃氢汽车。272.2氢气的工程应用示例（氢动力汽车）2829Linde水冷液氢储罐实际产品及装配汽车照片2.2.1氢动力的节能优势与传统汽车相比，氢动力汽车能量转化效率高达60-80%，为内燃机的2至3倍。燃料电池本身工作没有噪声、没有振动，其电极仅作为化学反应的场所和导电的通道，本身不参与化学反应，没有损耗，寿命长。从这些方面来看，氢动力汽车当之无愧地是未来汽车发展的重点。302.2.2氢动力汽车的发展阻力需使用的是存放液态氢的大型高压密封箱