氢气储运技术研究现状与工程运用(修改终结版)

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液氢储罐
技术完全成熟； 储氢密度大 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 可以有很高储存密度， 质轻；价廉
金属氢化物 储氢
碳材料储氢
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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 20 K 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。

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。
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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 储 运
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、


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
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2.2氢气的工程应用示例（氢动力汽车）
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。
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1.2.2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。
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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 1.4Hale Waihona Puke Baidu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）
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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。
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(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。
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1.4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
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1.4.1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
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Linde水冷液氢储罐实际产品及装配汽车照片
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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6080%，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。
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。
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二、氢气的工程应用
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2.1氢的应用概述
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：
引 言
氢能的特性
燃烧性能好 对环境友好 利用形式多样 贮运形式多样
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氢能的限制
制取方面 储存方面 安全性方面
制取能耗高 产氢率较低
成本过高
安全问题
技术要求高
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
设备成本较高.
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氢气的储运技术研究现状 及其工程应用
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
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2.2.2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; 高昂的成本问题。如天价 般的使用成本同样使得人 们望而却步; 氢的生产量低，还远远跟 不上“氢时代”的到来.
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2.2.3氢动力汽车的前景
氢燃料电池车的优势毋庸 置疑，然而劣势也是显而易见， 成本问题依然是阻碍氢燃料电 池车发展的最大瓶颈。 但是，我们相信，随着科 技的进步，现在困扰氢燃料电 池发展的诸如安全性、氢燃料 的贮存技术等问题一定逐步攻 克并不断完善的。所以，氢动 力汽车前景无限。
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美国QUANTUM公司开发的第4类车用压力储氢装置
注：该装置一次可储氢3.1 kg，装配于GM的HydroGen3汽车上，行驶里程 为170英里。
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(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。
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1.3.2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 :
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(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.
无机物储存、铁磁性材料储存等。
压缩氢气 运输
(主要）
压缩液氢
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氢气储存主要方法的比较
储氢技术
压力容器储存
优点
200atm以下技术熟； 使用广泛； 成本低
不足
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 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 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 处于研发阶段； 未充分证明其可行性
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1.2.1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。
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1.3高压氢气储运设备简介
1.3.1现有储氢方式的对比:
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1.3.2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、 DaimlerChrysler Ford 等) 均将高压氢气作为燃料电池汽车的储氢方 式。
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1.4.2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。
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1.4.3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。