Hidrogenul Storage 1
Raport finalizat Gladysheva Marina Alekseevna, 10A, scoala №75,
Atractivitatea de hidrogen ca o puritate de mediu definit de energie universală, flexibilitatea și eficiența proceselor de conversie a energiei, cu participarea lui. Tehnologia Multiscale pentru producerea hidrogenului este bine stăpânit și au o sursă practic nelimitată de materii prime. Cu toate acestea, densitatea scăzută a hidrogenului gazos, temperatura scăzută a lichefierii sale, precum și un risc ridicat de explozie, combinate cu impactul negativ asupra proprietăților materialelor structurale pune în prim plan problema dezvoltării unor sisteme eficiente și sigure pentru stocarea hidrogenului - aceste probleme împiedică dezvoltarea energiei hidrogenului și tehnologiei este acum .
În conformitate cu clasificarea departamentului american de energie, tehnici de depozitare a combustibilului hidrogen pot fi împărțite în două grupe:
Primul grup cuprinde metode fizice care folosesc procedee fizice (în principal, comprimând sau lichefiere) pentru traducerea hidrogen gazos într-o stare compactă. Hidrogenul stocate prin metode fizice, compuse din molecule de H2. slab care interacționează cu mediul de stocare. Astăzi a implementat următoarele metode fizice de stocare a hidrogenului:
Comprimat hidrogen gazos:
sisteme staționare de stocare masive, inclusiv rezervoare subterane;
depozitarea în conducte;
hidrogen lichid: recipientele criogenice staționare și transportabile.
Metodele chimice de stocare a hidrogenului furnizate prin mijloace fizice sau chimice procesează interacțiunea cu anumite materiale. Aceste metode sunt caracterizate printr-o interacțiune moleculară puternică a hidrogenului atomic cu mediul de stocare materialului. Acest grup de tehnici include în principal următoarele:
zeoliți și compuși înrudiți;
Absorbția în materialul în vrac (hidruri metalice)
fullerene și hidruri organice;
vodoreagiruyuschie aluminiu și aliaje pe bază de siliciu.
Stocarea hidrogenului gazos este nici o problemă mai complexă decât depozitarea gazelor naturale. În practică pentru această utilizare rezervoare de gaz, rezervoare naturale subterane (roca purtător de apă dezvoltat petrol și gaze) de stocare prin explozii nucleare subterane. Sa dovedit posibilitate fundamentală stocarea hidrogenului gazos în caverne de sare care sunt create prin dizolvarea apei sărate prin puțuri borfreze.
Pentru a stoca hidrogen gazos la o presiune de 100 MPa, folosind vase sudate, cu pereți dubli sau multistrat. Peretele interior al unei astfel de recipient este fabricat din oțel inoxidabil austenitic sau alt material compatibil cu hidrogen sub presiune ridicată, straturile exterioare - din oțel cu rezistență mare. Pentru acest scop utilizarea și vasele cu pereți subțiri fără sudură din oțeluri cu emisii reduse de carbon sunt proiectate pentru presiuni de până la 40 - 70 MPa.
depozitarea pe scară largă a hidrogenului gazos în apă piscina deținătorii de gaz (rezervoare de gaz umed), o presiune constantă alternativă deținătorilor de gaz (balon gaz uscat), un volum constant de gaz deținătorilor (rezervor de înaltă presiune). Pentru a stoca cantități mici de hidrogen sunt utilizate cilindri.
Trebuie amintit că construcțiile rezervoarele (piston) cu gaz umed și uscat sudate nu au suficientă impermeabilitate. Conform specificațiilor este scurgeri de hidrogen în timpul funcționării normale a titularilor de gaze umede pentru până la 3000 m 3 - aproximativ 1,65% și o capacitate de 3000 m 3 sau mai mult - aproximativ 1,1% pe zi (în funcție de volumul nominal al rezervorului de gaz).
Una dintre cele mai promițătoare metode pentru stocarea cantități mari de hidrogen este de a stoca în acviferele. Pierderea anuală este la o astfel de metodă de stocare 1 - 3%. Această valoare confirmă pierderea experienței de stocare a gazelor naturale.
Gazul de hidrogen poate fi depozitat și transportat în vase din oțel sub presiune de până la 20 MPa. Astfel de containere pot aduce până la locul de consum în platforme rutiere sau feroviare, la fel ca în container standard, în recipiente special concepute.
Pentru depozitarea și transportul unor cantități mici de hidrogen comprimat la temperaturi de la -50 la +60 0 C folosind cilindri de oțel, fără sudură, cu o capacitate mică de a containerelor 12 dm3 și secundare 20 - 50 presiuni de lucru dm 3 până la 20 MPa. Corpul supapei este realizat din alamă. Cilindrii sunt vopsite în culoare verde închis, ei au o inscripție roșie „hidrogen“.
Cilindrii pentru stocarea hidrogenului sunt destul de simplu și compact. Cu toate acestea, depozitarea de 2 kg H2 Bologna necesară masă de 33 kg. Progresele în tehnologia materialelor permite containerului să reducă masa materialului la 20 kg per 1 kg de hidrogen și în continuare poate fi redus la 8 - 10 kg. În timp ce masa de stocare a hidrogenului cilindrilor este de aproximativ 2 - 3% din greutatea balonului.
Cantități mari de hidrogen pot fi stocate în suporturi mari de gaz sub presiune. Rezervoarele cu gaz sunt de obicei realizate din oțel carbon. Presiunile de operare sunt de obicei mai mică de 10 MPa. Datorită densității scăzute de hidrogen gazos stocat în astfel de containere este avantajos numai în cantități relativ mici. Creșterea presiunii dincolo de aceasta, de exemplu, la sute de mega Pascal provoacă în primul rând dificultăți asociate cu coroziunea oțelurilor hidrogen-carbon, și, pe de altă parte, conduce la o creștere substanțială a costului acestor containere.
Pentru depozitarea unor cantități foarte mari de hidrogen este costul metodă eficientă pentru stocarea gazului sărăcit și acvifere. În Statele Unite există mai mult de 300 de depozite subterane de gaze.
Hidrogenul în cantități foarte mari, depozitate în adâncimea de sare caverna de 365 m, la o presiune de hidrogen de 5 MPa, un poros structuri umplute cu apă de până la 20 x 10 6 m 3 de hidrogen.
Stocarea hidrogenului lichid
Printre multele proprietăți unice ale hidrogenului, care este important să se ia în considerare atunci când este stocat în formă lichidă, este una deosebit de importantă. Hidrogenul este stocat în stare lichidă într-un interval de temperatură îngust din punctul de fierbere al 20K la 17K punctului de congelare, atunci când se deplasează în stare solidă. Dacă temperatura crește peste punctul de fierbere al hidrogenului se schimbă instantaneu dintr-un lichid la o stare gazoasă.
Pentru a preveni supraîncălzirea locală, vasele care sunt umplute cu hidrogen lichid, să fie pre-răcite la o temperatură apropiată de punctul de fierbere al hidrogenului, numai atunci le poate umple cu hidrogen lichid. Pentru acest gaz este trecut printr-un sistem de răcire care este rezervor de hidrogen costisitor de racire.
Pentru rezervoarele de stocare a hidrogenului lichid impun o serie de cerințe:
rezervor de proiectare trebuie să asigure durabilitate și fiabilitate în exploatare, operarea în condiții de siguranță a continuat;
Consumul de prerăcire de stocare a hidrogenului lichid înainte de umplere cu hidrogen lichid trebuie să fie reduse la minimum;
rezervor de stocare trebuie să fie echipate cu mijloace de umplere rapidă cu hidrogen lichid și eliberarea rapidă a produsului depozitat.
Partea principală a depozitării criogenice a hidrogenului - vase izolate de masă de aproximativ 4 - 5 ori mai puțin per 1 kg de hidrogen stocat la balon decât stocare sub presiune ridicată. Criogenică sisteme de stocare a hidrogenului lichid 1 kg de hidrogen au 6 - 8 kg vas criogenice și în caracteristicile volumetrice vasele de stocare criogenice corespund hidrogen gazos la o presiune de 40 MPa.
hidrogen lichid în cantități mari depozitate în volum special de depozitare până la 5 mii m. 3. O mare capacitate sferic lichid de stocare a hidrogenului de 2850 m 3, are un diametru interior de aluminiu sfere de 17,4 m 3.
Depozitarea și transportul hidrogenului într-o stare legată chimic
Avantajele depozitării și transportului de hidrogen sub formă de amoniac, metanol, etanol pe distanțe lungi sunt să înconjoare conținutul de hidrogen de înaltă densitate. Cu toate acestea, aceste stocare formează mediul de stocare de hidrogen este utilizat individual. amoniac Temperatura de lichefiere 239.76 K, temperatura critică de 405 K, astfel încât la temperatura normală este lichefiat amoniac la o presiune de 1,0 MPa, și poate fi transportat prin conducte și să fie depozitate în formă lichidă. Relații de bază sunt prezentate mai jos:
1 m 3 H2 (g) „0,66 m3 NH3» 0 75 dm 3 H2 (g) ?;
1 m NH3 »1975 m3 H2 + 658 m 3 N2 - 3263 MJ;
Dissociator pentru a descompune amoniac (crackers), se efectuează la temperaturi de ordinul a 1173-1073 K, și presiunea atmosferică este utilizat catalizatorul de fier uzat pentru sinteza amoniacului. Pentru un kg de hidrogen consumat de 5,65 kg de amoniac. În ceea ce privește consumul de energie termică pentru Disociindu amoniac folosind această căldură din exterior, căldura de ardere a hidrogenului rezultat poate depăși 20% din căldura de ardere utilizată în procesul de descompunere a amoniacului. Dacă procesul de disociere utilizează hidrogen obținut în procedeul, eficiența acestui proces (raportul dintre căldura gazului produs la căldura de combustie a amoniacului uzat) nu depășește 60 - 70%.
de metanol, hidrogen pot fi preparați în două scheme: o metodă pentru descompunerea catalitică:
urmată de conversia catalitică a CO sau a aburului catalizator de reformare într-un singur pas:
De obicei, utilizat procedeu de catalizator pentru sinteza metanolului crom-zinc. Procedeul se realizează la 573-673 C. Metanolul poate fi folosit drept combustibil pentru procesul de conversie. În acest caz, eficiența producției de hidrogen este de 65 - 70% (raportul dintre hidrogen pentru a încălzi căldura rezultată din arderea metanolului uzat); în cazul în care căldura pentru procesul de producere a hidrogenului este alimentat din exterior, căldura de ardere a hidrogenului produs prin descompunerea catalitică a 22% și hidrogenul produs prin reformarea cu abur, 15% valoare calorică superioară de metanol uzat.
Trebuie adăugat că eficiența procesului poate fi preparat circuitul tehnologichekoy folosind căldura reziduală și utilizarea hidrogenului derivat din metanol, etanol, sau amoniac crearea de energie, mai mare decât în cazul utilizării acestor produse, cum ar fi combustibilii lichizi sintetici. Astfel, arderea directă a metanolului, iar randamentul plantelor turbinei cu gaz este de 35%, în timpul aceleași datorită căldurii de evaporare a gazelor de eșapament și conversia catalitică a metanolului și arderea eficientei CO + H2 crește până la 41,30%, în timp ce în timpul reformare a aburului și arderea hidrogenului rezultat - până la 41,9%.
sistem de stocare a hidrogenului Hydride
În cazul stocării hidrogenului sub forma de hidrogen nu este nevoie de un butelii voluminoase și grele, stocarea necesară de gaz de hidrogen într-o formă comprimată, sau dificil de fabricat și vase scumpe pentru stocarea hidrogenului lichid. La stocarea hidrogenului sub formă de hidruri ale volumului sistemului a scăzut de aproximativ 3 ori mai mare în comparație cu volumul în rezervoarele de stocare. Simplifica transportă hidrogen. Elimină costurile de conversie, și lichefiere a hidrogenului.
Hidrogenul din hidruri metalice pot fi preparați prin două reacții: hidroliză și disociere.
Metoda de hidroliză se poate obține de două ori mai mult hidrogen decât este în hidrură. Cu toate acestea, acest proces este aproape ireversibil. Procedeu de obținere a hidrogenului de disociere termică a hidrurii dă posibilitatea de a crea un baterii de stocare a hidrogenului, pentru care o ușoară schimbare a temperaturii și presiunii în sistem cauzează o schimbare semnificativă în formarea de hidrură de echilibru reacție.
Dispozitiv staționar pentru stocarea hidrogenului sub formă de hidruri nu are limite stricte asupra masei și volumului, astfel încât factorul de limitare în alegerea unui anumit hidrură bude, după toate probabilitățile, costul acestuia. Pentru anumite domenii de utilizare poate fi hidrură de vanadiu util, deoarece este bine disociază la o temperatură de 270 hidrură de magneziu K. este relativ scăzută, dar are o temperatură de disociere relativ mare de 560-570 K și o căldură mare de formare. aliajul fier-titan este relativ ieftin și hidrură sale disociază la temperaturi de 320-370 K cu un foc mic de formare. Utilizarea hidrurilor are avantaje semnificative în ceea ce privește siguranța. Un vas deteriorat cu hidrură de hidrogen este semnificativ mai puțin periculoasă decât hidrogen deteriorat sau rezervor de presiune vas lichid umplut cu hidrogen.
În prezent, Institutul de Probleme de Chimie Fizică în Chernogolovka, locul de muncă este în curs de desfășurare pentru a stabili un baterii pe bază de hidrogen pe bază de hidruri metalice.
1. Director. „Hidrogen. Proprietăți, producție, depozitare, transport și aplicare. " București „Chimia“ - 1989