《氢科学技术应用》课件-3-2 氢气的运输

氢的储运加注氢能技术应用专业教学资源库3.2氢气的运输3.2.1气氢输送3.2.2液氢输送3.2.3固氢输送

3.2.1气氢输送气态氢输运分为长管拖车和管道输运两种。（1）长管拖车输氢长管拖车由动力车头、整车拖盘和管状储存容器3部分组成，其中储存容器是将多只（通常6-10只左右）大容积无缝高压钢瓶通过瓶身两端的支撑板固定在框架中构成，用于存放高压氢气。其工作流程如图，将净化后的产品氢气经过压缩机压缩至20MPa，通过装气柱装入长管拖车，运输至目的地后，装有氢气的管束与车头分离，经由卸气柱和调压站，将管束内的氢气卸入加氢站的高压、中压、低压储氢罐中分级储存。拖车在到达加氢站后车头和拖车可分离，运输技术成熟、规范较完善，国内的加氢站目前多采用此类方式运输。高压储氢容器自重大，氢气的密度又很小，装运的氢气质量只占总运输质量的1%～2%左右，因此气态氢的拖车运输仅适用于将制氢厂的氢气输送到距离不太远，同时需用氢气量不太大的用户。以上海南亮公司生产的TT11-2140-H2-20-I型集装管束箱为例，其工作压力为20MPa，每次可充装体积为4164Nm3、质量为347kg的氢气，装载后总质量33168kg，运输效率1.05%。3.2.1气氢输送氢气长管拖车高压气态氢拖车运输流程3.2.1气氢输送（1）长管拖车输氢可测算出规模为500kg/d、距离氢源点100km的加氢站，运氢成本为8.66元/kg。当运输距离为50km时，氢气的运输成本5.43元/kg。随着运输距离的增加，长管拖车运输成本逐渐上升。距离500km时运输成本达到20.18元/kg。考虑到经济性问题，长管拖车运氢一般适用于200km内的短距离运输。3.2.1气氢输送（2）管道输氢氢气的管道运输，是指在制氢工厂与氢气站、用氢单位等之间建设一定的管道，氢气以气态形式进行运输的方式。根据输送距离，管道输氢分为长距离管道和短距离管道，长距离管道主要用于制氢工厂与氢气站之间的长距离运输，输氢压力较高、管道直径较大。短距离管道主要用于氢气站与各个用户之间的氢气配送，输氢压力较低，管道直径较小。可测算出长度25m、年输送能力10.04万吨的氢气管道，运氢价格为0.86元/kg。由此可见，氢气管道运输相比长管拖车具备成本优势。3.2.1气氢输送（2）管道输氢3.2.2液氢输送（1）液氢槽车运输氢的液态储输以液氢槽车为主，如图，液氢槽罐车运输是将氢气深度冷冻至21K液化，再装入隔温的槽罐车中运输。当前液氢槽车单车运氢量可达到4000kg，液氢槽车运氢成本约13.5元/千克。相较于20MPa高压气氢拖车，可使单车储输量提高约9倍，充卸载时间减少约1倍，并且在液化过程还能提高氢气纯度，一定程度上节省了提纯成本。槽车是液氢车运的关键设备，常用水平放置的圆筒形低温绝热槽罐。汽车用液氢储罐其存储液氢的容量可以达到100m3，铁路用特殊大容量的槽车甚至可运输120~200m3的液氢。液氢运输在美国、欧洲、日本等国家和地区已实现较大规模的应用，某些地区液氢槽车运输超过了气氢运输规模。2022年由日本川崎重工业公司制造的全球第一艘液化氢运输船，并成功将澳大利亚液氢运抵日本。根据川崎重工的规划，该公司将在2030年建造2艘商业规模的液化氢船，每年能够进口22.5万吨氢燃料；到2050年将液化氢船数量将达到80艘，每年能够进口900万吨氢燃料。3.2.2液氢输送（1）液氢槽车运输可测算出规模为500kg/d、距离氢源点100km的加氢站，运氢成本为13.57元/kg。当加氢站距离氢源点50-500km时，液氢槽车的运输价格在13.51-14.01元/kg范围内小幅提升。液氢罐车成本变动对距离不敏感。虽然运输成本随着距离增加而提高，但提高的幅度并不大。这是因为成本中占比最大的一项是液化过程中消耗的电费（约占60%左右）仅与载氢量有关，与距离无关。而与距离呈正相关的油费、路费等占比并不大，液氢罐车在长距离运输下更具成本优势。3.2.2液氢输送（2）液氢驳船运输液氢驳船运输适用于跨国运氢。液氢还可使用驳船运输，如图，这和运输液化石油气相似，不过需要更好的绝热材料，使液氢在长距离运输过程中保持液态，驳船上装载容量很大的存储液氢的容器。用于船运的液氢储罐容积可达1000m3以上，且无需经过人口密集区域，相较于陆运更加安全、经济。日本川崎重工建造的全球首艘液氢运输船“SUISOFRonTIER“于2021年5月24日在神户市面向媒体公开，12月24日开启首航，从日本驶往澳大利亚，提取第一批货物，船上搭载了川崎重工播磨工厂制造的氢气储罐，这种长25米、高16米的椭圆形储罐能够储存1250m3的液氢。3.2.2液氢输送（2）液氢驳船运输3.2.3固氢输送固态氢的运输是指用固体储氢材料通过物理、化学吸附或形成氢化物储存氢气，目前最具有实用化价值的是使用储氢合金储存氢气，然后运输装有储氢材料的容器。固态氢的运输具有如下优点：①体积储氢密度高；②容器工作条件温和，无需高压容器和热绝缘容器，不必配置高压加氢站；③系统安全性好，没有爆炸危险；④可实现多次（>1000次）可逆吸放氢，重复使用。主要缺点是储氢材料质量储氢密度不高（不到3%)，运输效率太低(不到1%)。固态氢的运输装置应具备重量轻、储氢能力大的特征。如日本大阪氢工业研究所的多管式大气热交换型固氢装置，使用672kg钛基储氢合金，可储氢134m3，材料储氢密度为1.78%，氢压3.3～3.5MPa。德国曼内斯曼公司、戴姆勒奔驰公司采用7根直径0.114m的管式内部隔离、外部冷热型固氢装置，使用10t钛基储氢合金，可储氢2000m3，材料储氢密度为1.78