Водородът съхранение 1

Доклад завършен Gladysheva Марина Алексеевна, 10А, училище №75,

Привлекателността на водород като универсална енергия определена чистота на околната среда, гъвкавост и ефективност на процеса на преобразуване на енергия с участието си. Multiscale технология за производство на водород е добре усвоили и да имат практически неограничен източник на суровини. Въпреки това, ниската плътност на водороден газ, ниската температура на неговото втечняване и висок риск от експлозия, в комбинация с отрицателното въздействие върху свойствата на структурни материали поставено на преден план проблема за развитието на ефективни и безопасни системи за съхранение на водород - тези проблеми възпрепятстват развитието на водород енергия и технология е сега ,

В съответствие с класификацията на Министерството на енергетиката на САЩ, техники за съхранение на водород за гориво могат да бъдат разделени на две групи:

Първата група се състои от физически методи, които използват физични процеси (главно пресоване или втечняване) за превод на водород газ в компактно състояние. Водородът се съхранява чрез физични методи, съставени от Н2 молекули. слабо взаимодействие с средата за съхранение. Днес изпълнява следните физически методи за съхранение на водород:

Сгъстен газ водород:

стационарни системи за съхранение на масивни, включително подземни резервоари;

съхранение в тръбопроводи;

Течен водород: стационарни и преносими криогенни контейнери.

химични методи за съхранение на водород, предоставени от физични или химични процеси неговото взаимодействие с някои материали. Тези методи се характеризират със силна молекулно взаимодействие на атомен водород с средата за съхранение материал. Тази група от техники включва основно следните:

зеолити и сродни съединения;

Абсорбцията в насипния материал (метални хидриди)

фулерени и органични хидриди;

vodoreagiruyuschie алуминий и силиций сплави на основата.

Съхранение на водороден газ не е по-сложен проблем от съхранението на природен газ. На практика за тази употреба газови бутилки, подземни резервоари (водоносни рок разработен петрол и газ) съхранение от ядрени взривове 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 на използване и безшевни тънкостенни съдове на нисковъглеродни стомани са 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 за съхранение на 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 0 ° С с помощта на безшевни стоманени бутилки с малък капацитет за 12 дм3 и вторични контейнери 20 - 50 дм 3 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 Н2 Bologna изисква маса от 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 мега Pascal първо предизвиква трудности, свързани с корозията на стомани 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 m при водородно налягане от 5 МРа, а порьозни пълни с вода структури за до 20 · 10 6 m 3 на водород.

Съхранение на 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 на 20К до 17К 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.

Основната част от криогенно съхранение на водород - изолирани съдове маса около 4-5 пъти по-малко на 1 кг съхраняваният водород при балон от съхранение под високо налягане. криогенни системи за съхранение на течността водород 1 кг водород имат 6 - 8 килограм криогенни съдове, и в обемни характеристики криогенни резервоари отговарят на водороден газ при налягане от 40 МРа.

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.

Съхранение и транспорт на водород в химически свързано състояние

Предимствата на съхранение и транспорт на водород под формата на амоняк, метанол, етанол дълги разстояния да обграждат съдържанието на висока плътност водород. Въпреки това, тези съхранение образува средата за съхранение водород се използва самостоятелно. амоняк втечняване температура 239,76 К, критичната температура 405 К, така че при нормална температура се втечнен амоняк при налягане от 1,0 МРа, и може да се транспортира през тръби и се съхранява в течна форма. Основни отношения са дадени по-долу:

1 m 3 Н2 (ж) "0.66 m3 NH3» 0 75 дм 3 Н2 (д) ?;

1 m NH3 »1975 м3 H2 + 658 m 3 N2 - 3263 MJ;

В dissociator да се разложи амоняк (бисквити), се провежда при температури от порядъка на 1173-1073 К и атмосферно налягане се използва катализатор, прекарано желязо за синтез на амоняк. За един килограм водород консумира 5.65 кг амоняк. По отношение на потреблението на топлинна енергия за дисоцииране амоняк се използва тази топлина от външната страна, топлината на изгаряне на получения водород може да надвишава 20% от топлината на изгаряне се използва в процеса на амоняк разлагане. Ако процесът на дисоциация използва водород, получен в процеса, ефективността на този процес (съотношението на топлината на газообразния продукт на топлината на изгаряне на отработено амоняк) не надвишава 60-70%.

метанол, водород могат да бъдат получени в две схеми: метод за каталитично разлагане:

последвано от каталитична конверсия на СО или пара реформиране катализатор в един етап:

Обикновено се използва метод за цинк-хромен катализатор метанол синтез. Процесът се провежда при 573-673 С. Метанолът може да се използва като гориво за процеса на преобразуване. В този случай, ефективността на производството на водород е 65-70% (съотношение на водород за нагряване на получената топлина на изгаряне на отработено метанол); ако топлина за процеса за получаване на водород е снабден от външната страна, топлината на изгаряне на водород, произведен от каталитично разлагане на 22% и водородът произведен от пара реформиране, 15% високо калорична стойност на отработено метанол.

Трябва да се добави, че енергията, създаващи tehnologichekoy верига използва отпадъчна топлина и използването на водород, получен от метанол, етанол, или амоняк, могат да бъдат получени ефективността на процеса по-висока, отколкото при използване на тези продукти, като например синтетични течни горива. Така директното изгаряне на метанол и ефективността на турбината растителна газ е 35%, време на същия поради изпаряване топлината на изгорелите газове и каталитичен превръщане на метанол и изгаряне на СО + Н2 повишава ефективността до 41.30%, а по време на паров реформинг и изгаряне на получения водород - до 41,9%.

система за съхранение на водороден хидрид

В случая на съхранение водород под формата на водород е необходимо за обемисти и тежки цилиндри, необходимата съхранение на водород газ в компресирана форма или трудни за производство и скъпи съдове за съхранение на течен водород. При съхраняване на водород под формата на хидриди на обема на система намалява приблизително 3-кратно в сравнение с обема на резервоарите за съхранение. Опростява транспортиране водород. Елиминира разходите за преработка и втечняването на водорода.

Водородът от метални хидриди могат да бъдат получени от две реакции: хидролиза и дисоциация.

Методът на хидролиза може да се получи два пъти повече водород, отколкото е в хидрид. Въпреки това, този процес е почти необратим. Метод за получаване на водород термично разпадане на хидрид дава възможност за създаване на батерии за съхранение на водород, за които лека промяна на температурата и налягането в системата причинява значителна промяна в формиране на реакция равновесие хидрид.

Стационарна устройство за съхранение на водород под формата на хидриди все още няма строги ограничения на маса и обем, така че ограничаващият фактор в избора на конкретен Бюд хидрид, по всяка вероятност, неговата цена. За някои области на приложение може да бъде полезно ванадий хидрид, както е добре дисоциира при температура от 270 К. магнезиев хидрид е относително ниска, но има относително висока температура на разпадане 560-570 К и висока температура на образуване. Желязо-титанова сплав е сравнително евтин и хидрид дисоциира при температури от 320-370 K с ниска топлина на образуване. Използването на хидриди има значителни предимства от гледна точка на безопасността. А повреден кораб с водороден хидрид е значително по-малко опасен от течен водород повреден резервоар или съд под налягане се пълни с водород.

В момента, в Института по проблемите на Химическа физика в Chernogolovka, е започнала работата за водородни батерии на базата на метални хидриди.

1. Directory. "Водород. Имоти, производство, съхранение, транспортиране и прилагане. " София "химия" - 1989