水合物技術(shù)儲(chǔ)存氫氣反應(yīng)裝置
氫能源因具有來(lái)源豐富、可再生、熱效率高和燃燒清潔等特點(diǎn)而受到廣泛重視，作為清潔能源可替代石油、天然氣和煤等短缺的化石燃料，將成為21世紀(jì)的綠色能源。氫氣作為能源在我國(guó)的應(yīng)用主要集中在民用和交通領(lǐng)域，城市現(xiàn)在大力推廣天然氣，在此之前多使用人工煤氣，而人工煤氣中就含有體積分?jǐn)?shù)約50%的氫氣，這是氫作為能源在民用領(lǐng)域的主要應(yīng)用，目前仍占一定的比例。隨著氫能應(yīng)用研究的不斷深入，特別是氫內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)和以氫為燃料、通過(guò)化學(xué)作用產(chǎn)生電能作為動(dòng)力的燃料電池汽車(chē)技術(shù)日趨接近大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，氫的儲(chǔ)存技術(shù)顯得十分重要。從某種意義上來(lái)說(shuō)，氫氣儲(chǔ)存是氫能應(yīng)用的瓶頸技術(shù)，大規(guī)模、經(jīng)濟(jì)、高效和安全儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展將直接影響到氫能技術(shù)的推廣應(yīng)用，尤其是在車(chē)輛和移動(dòng)工具方面。
水合物技術(shù)儲(chǔ)存氫氣反應(yīng)釜，常用的氫氣儲(chǔ)存方法
由于氫具有質(zhì)量輕，難以壓縮，難以液化，易燃、易爆，高壓下可透過(guò)容器壁，易與容器金屬形成氫化物而產(chǎn)生氫脆的特點(diǎn)，因此探索和尋找適用于大規(guī)模儲(chǔ)氫的技術(shù)將是一項(xiàng)重要的研究課題。常見(jiàn)的儲(chǔ)氫技術(shù)一般基于化學(xué)反應(yīng)，如通過(guò)氫化物的生成與分解儲(chǔ)氫，或者基于物理吸附，當(dāng)前大量的儲(chǔ)氫研究是基于物理吸附的儲(chǔ)氫方法。目前，氫氣儲(chǔ)存主要有物理法和化學(xué)法兩大類(lèi)。
物理法主要有：高壓氫氣儲(chǔ)存、低溫液化儲(chǔ)存、玻璃微球儲(chǔ)存、活性炭吸附儲(chǔ)存、地下巖洞儲(chǔ)存、碳納米管儲(chǔ)存(也包含部分的化學(xué)吸附儲(chǔ)存)、水合物儲(chǔ)存。
化學(xué)法主要有：儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)存、有機(jī)液態(tài)氫化物儲(chǔ)存、無(wú)機(jī)物儲(chǔ)存等形式。衡量一種氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的依據(jù)有儲(chǔ)氫成本、儲(chǔ)氫密度和安全性等方面。目前，氫氣一般以高壓壓縮、低溫液化、金屬氫化物、有機(jī)氫化物和物理化學(xué)吸附等形式儲(chǔ)存。衡量?jī)?chǔ)氫性能的參數(shù)主要有兩個(gè)：體積儲(chǔ)氫密度和質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度。體積儲(chǔ)氫密度為單位體積系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)存氫氣的質(zhì)量，質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度為系統(tǒng)儲(chǔ)存氫氣的質(zhì)量與整個(gè)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的質(zhì)量(含容器、存儲(chǔ)介質(zhì)材料、閥及氫氣等)之比。高壓壓縮儲(chǔ)氫發(fā)展的歷史較早，是比較傳統(tǒng)而成熟的方法，無(wú)需任何材料作載體，只需耐壓和絕熱的容器，但是其儲(chǔ)氫效率很低，加壓到15MPa時(shí)質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度不超過(guò)3%，而且存在很大的安全隱患，成本也很高。低溫液化方式儲(chǔ)運(yùn)雖然質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度高(可以達(dá)到14%)，但液氫沸點(diǎn)僅20.38K，氣化潛熱小，僅0.921kJ/mol，而液氫的溫度與外界的溫度存在巨大的溫差，因此稍有熱量從外界傳入容器，即會(huì)快速沸騰而損失。儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫容量較大，體積儲(chǔ)氫密度是相同溫度、壓力條件下氣態(tài)氫的1000倍，其體積儲(chǔ)氫密度可高達(dá)40～50kg/m3，但其缺點(diǎn)是質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度低，多數(shù)儲(chǔ)氫合金的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度僅為1.5%～3%。
相對(duì)于高壓壓縮儲(chǔ)氫和低溫液化儲(chǔ)氫，金屬氫化物、碳納米管吸附、水合物儲(chǔ)氫等固態(tài)材料氫氣儲(chǔ)存方法主要有以下潛在優(yōu)勢(shì)：較小的體積、較低的壓力(更高的能源效率)和更多高純度的氫氣產(chǎn)出。壓縮氣體和液體儲(chǔ)存如今是商業(yè)上可行的方法，但*符合成本效益的儲(chǔ)存系統(tǒng)還有待開(kāi)發(fā)。另外還要關(guān)注儲(chǔ)存方法的安全性，特別是對(duì)新的儲(chǔ)存方法。從安全角度上考慮，在城市中建立儲(chǔ)存20～70MPa壓縮氫氣的大容量?jī)?chǔ)罐是不可行的。液化氫氣需要給液化設(shè)備和儲(chǔ)存設(shè)備不斷供冷來(lái)維持20K或更低的低溫。用水合物的形式儲(chǔ)存氫氣是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種物理儲(chǔ)氫方法，該方法不但有較高的儲(chǔ)氫效率，而且其原料(水或冰)也十分容易獲得，另外，儲(chǔ)存的溫度也在液氮溫區(qū)以上。由于氫氣水合物中的氫分子是通過(guò)氫鍵與水分子結(jié)合的，并不需要形成化學(xué)鍵，所以釋放從而利用氫氣也容易得多，水合物儲(chǔ)氫也適合于將氫氣在常壓下安全地儲(chǔ)存。
水合物技術(shù)儲(chǔ)存氫氣反應(yīng)裝置
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更新時(shí)間：2024-03-08
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