Технологични характеристики и системи за електрическа и топлинна енергия оборудване на базата на nivie
1.4. водород съхранение
Въпреки водород е енергоемко и екологично чист източник на енергия, използването представя значително неудобство на изключително ниска плътност (0.09 кг / м3). Така например, за 100-километровата колата работи на горивни клетки трябва да бъдат на борда
Сгъстен газ водород
За да се съхранява водороден газ се използва резервоари газ, подземни резервоари (водоносен скала разработен нефт и газ) за съхранение от ядрени експлозии подземни. Оказа основен възможност за съхранение на водород газ в солни пещери, които са създадени чрез разтваряне на сол вода през Бор ямки.
За да се съхранява газ водород при налягане от 100 МРа използване заварени съдове с двойни или многослойни стени. Вътрешната стена на такъв контейнер е направен от аустенитна неръждаема стомана или друг материал, съвместим с водород под високо налягане, външните слоеве - от високи стомани. За тази цел използване и безшевни тънкостенни съдове нисковъглеродни стомани, предназначени за налягане до 40-70 МРа.
Широкото съхранение на водород газ във вода притежателите газ басейн (мокри резервоари газ) на, постоянно налягане бутални притежателите газ (сух газ резервоари), постоянен обем на притежателите на газ (високо резервоар налягане). За да се съхранява малки количества от водород се използват цилиндри.
Трябва да се има предвид, че резервоарите за мокро и сухо (бутало) газови заварени конструкции нямат достатъчна непроницаемост. Според спецификациите е водород изтичане по време на нормална работа на притежателите влажни газове до 3000 m 3 - около 1.65%, и капацитет 3000 m 3 или повече - около 1,1% на ден (на базата на номиналния обем на резервоара за газ).
Един от най-обещаващите методи за съхранение на големи количества на водород е да се съхранява в водоносни хоризонти. Годишната загуба е в такъв метод на съхранение от 1-3%. Тази стойност се потвърждава загубата на опит за съхранение на природен газ.
газ водород може да се съхранява и транспортира в стоманени съдове под налягане до 20 МРа. Тези контейнери могат да доведат до мястото на потребление в автомобилни или железопътни платформи, както и в стандартната контейнера, и по-специално предназначени контейнери.
За съхранение и транспортиране на малки количества сгъстен водород при температура от -50 до 60 ° С с помощта на безшевни стоманени бутилки с малък капацитет за 12 dm3 и вторични резервоари 20-50 dm3 работно налягане до 20 МРа. Тялото на вентила е изработен от месинг. Бутилките са боядисани в тъмно зелен цвят, те имат червен надпис "Водородът".
Бутилките за съхранение на водород са доста прости и компактни. Въпреки това, за съхранение на 2 кг H2 изисква цилиндри с тегло 33 кг. Напредъкът в материали технология позволява контейнерът да се намали масата на материала до 20 кг за 1 кг водород и по-нататък могат да бъдат намалени до 8-10 кг. Докато масата на съхранение водород в цилиндъра е около 2-3% от теглото на балона.
Големи количества от водород, могат да се съхраняват в големи притежателите под налягане газове. Газовите резервоари обикновено са изработени от въглеродна стомана. Работни налягания, обикновено са по-малко от 10 МРа. Благодарение на ниската плътност на водород газ се съхранява в такива контейнери е изгодно само в относително малки количества. Увеличаването на налягането след това, например, на стотици МРа, първо предизвиква трудности, свързани с корозия на стоманите на водород-въглерод, и от друга страна, води до значително повишаване на разходите за такива контейнери.
За съхранение на много големи количества водород е рентабилен метод за съхраняване на газ и обеднен водоносни хоризонти. В САЩ има над 300 подземни газохранилища.
газ водород в много големи количества, съхранявани в дълбочината на сол кухина на 365 м под водородно налягане от 5 МРа, а порьозни пълни с вода структури за до 20 · 106 m 3 на водород.
течен водород
Сред многото уникални свойства на водород, което е важно да се вземе предвид, когато се съхранява в течна форма, е особено важна. Водородът се съхраняват в течно състояние в тесен температурен диапазон от точката на кипене от 20 до 17 К К точка на замръзване, когато тя се движи в твърдо състояние. Ако температурата се повишава над точката на кипене на водород веднага се променя от течност до газообразно състояние.
За да се избегне прегряване, съдове, които са напълнени с течност водород, да бъде предварително охладен до температура, близка до точката на кипене на водород, само тогава да ги запълни с течен водород. За този газ се прекарва през охлаждаща система, която е скъпо водород резервоар охлаждане.
За резервоари за съхранение на течен водород наложи редица изисквания:
- дизайн на резервоара трябва да гарантира дълготрайност и надеждност на работа, продължителна безопасна работа;
- консумация на течност предварително охлаждане съхранение водород преди пълнене с течен водород, трябва да бъдат сведени до минимум;
- резервоар трябва да бъде оборудвано със средства за бързо пълнене с течен водород и бързо дозиране на съхранявания продукт.
Течен водород в големи количества, съхранявани в специална плътност до 5000 m. 3. голяма сферична течност капацитет от 2850 m 3 съхранение водород, има вътрешен диаметър алуминиев топчета 17.4 m 3.
Охладен течен водород заема 1/700 обем газообразно състояние.
Трудности свързани със съхранение и транспорт на водород са добре известни. Нито в криогенно (течност) или в компресирано състояние за дълъг период на съхранение водород не е възможно. Течен водород при 20 К има плътност от 71 г / л.
Всички материали, способни да натрупване водород, могат да бъдат разделени от свързващата енергия. Най-ниската якост на свързването характеристика на физическа адсорбция на водород. газ водород реагира с повърхността на адсорбента от дисперсия на ван дер Ваалс сили. Това взаимодействие е слаба (1-10 кДж / мол) и се простира над критичната температура на дълбочина, по-малка от един монослой. От това е видно, че материалите за съхранение водород трябва да имат висока специфична повърхност, така фино раздробени материали, включително нано интензивно изследвана.
Известни адсорбиращи материали са зеолити водород.
Те се характеризират с ниски стойности на водород капацитет - до 0.3% (тегл.) При стайна температура, което поставя под въпрос конкурентноспособността на зеолити в системи за съхранение на водород. Няколко добри показатели има друг материал съхранение конвенционален водород - ниска плътност активен въглен, който е в състояние да поеме
6% (тегл.) От водород при налягане от 4 МРа и температура 65-78 ° С Значителен недостатък е ниските температури сорбция (криогенни условия). Въпреки това, въглеродни материали, като например водородни адсорбенти продължават да привличат вниманието на изследователите. В края на 90-те години се появява творби, в които е отбелязано, че с голям капацитет за H2 може да се прилага по отношение на въглеродните нанотръби и нановлакна. В идеалния случай, адсорбента трябва да има висок капацитет за водород при стайна температура, както и способността за бързо абсорбират и vydelyatvodorod. За тази стойност на енергията на адсорбент-H2 взаимодействие трябва да бъде около 5 кДж / мол. Общ проблем с физическата сорбция на водород е, че енергията на водородно свързване с повърхността е твърде ниска, за да се осигури задоволителна сорбция при температура над температурата на течния азот. Основната посока намиране ефективни водородни сорбенти трябва да се свързва с развитие на системи с по-голяма повърхност взаимодействие - Н2.
въглеродни нановлакна
Изследователите са направени повтарящи popytkirazrabotki нови въглеродни материали за съхранение водород при по-високи температури и атмосферно налягане. нановлакна Въглеродните (CNF) са били предложени като такива материали, които са слоести графитни наноматериали. Въпреки това, първоначалното им капацитет сорбция на водород при стайна температура само достига 0,7% (тегл.) И се изисква високо налягане от около 10 МРа. За да се увеличи капацитета на водород като се използват различни методи и предварителна обработка CNF модификация. По този начин, активиране на парата води до значително повишаване на тяхната специфична повърхност (116-1758 m2 / г). Капацитетът на сорбция на водород може да се увеличи с до 3.5% (тегл.), което съответства на 60% от покриване на повърхността с водород (77.3 K, 0.65 МРа).
Понастоящем, най-обещаващите въглеродни материали за съхранение на водород включват въглеродни нанотръби (CNT), система с висока плътност на микропори, които са навити графен листове. Външни стени CNTs характеризират слабите π-електронна система и, следователно, по-нисък потенциал на повърхността за физически сорбция на водород от графен планарна. За разлика от вътрешните стени имат по-висок потенциал: за адсорбционни места върху вътрешната повърхност на CNTs наблюдава достатъчно висока енергия physisorption (до 30 кДж / мол). Това се дължи на факта, че потенциалната областта на противоположни стени припокриват в сила е много малки микропори (съизмерими с молекулно), и това повишава силата на привличане на адсорбирани молекули в сравнение с плоска повърхност.
Понастоящем за адсорбцията на водород използва единични стени и множество стени CNTs. Значителен недостатък на използването на криогенни условия чрез физическо сорбция. Капацитетът на едностенни нанотръби водород при атмосферно налягане достигне
5% (тегл.) При 77 К и