亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        幾種儲(chǔ)氫技術(shù)在氫燃料電池船舶應(yīng)用的對(duì)比分析

        2022-06-09 03:04:42賈江鑫洪浩源
        船電技術(shù) 2022年5期
        關(guān)鍵詞:儲(chǔ)氫重整制氫

        賈江鑫,洪浩源,王 振

        綜述

        幾種儲(chǔ)氫技術(shù)在氫燃料電池船舶應(yīng)用的對(duì)比分析

        賈江鑫1,洪浩源2,王 振2

        (1.中國(guó)船級(jí)社武漢分社,武漢 430311;2. 武漢氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司,武漢 430064)

        本文以氫燃料動(dòng)力船舶用儲(chǔ)制氫裝置為研究對(duì)象,針對(duì)有機(jī)液體儲(chǔ)氫、甲醇重整制氫、金屬水解制氫和合金儲(chǔ)氫四種具有發(fā)展?jié)摿Φ膬?chǔ)制氫技術(shù),介紹其儲(chǔ)制氫基本原理,歸納技術(shù)特點(diǎn),并開(kāi)展對(duì)比分析,最后針對(duì)船舶應(yīng)用提出適用性建議,為船用燃料電池領(lǐng)域儲(chǔ)氫技術(shù)提供參考。

        氫燃料動(dòng)力船舶制儲(chǔ)氫

        0 引言

        “碳達(dá)峰碳中和”戰(zhàn)略要求我國(guó)各行各業(yè)加快開(kāi)展節(jié)能減排行動(dòng)。對(duì)于船舶行業(yè),發(fā)展綠色船舶制造和綠色航運(yùn),構(gòu)建綠色海洋成為未來(lái)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要方向。

        相比柴油機(jī)和汽輪機(jī)等傳統(tǒng)船舶動(dòng)力系統(tǒng),氫燃料電池系統(tǒng)具有能量轉(zhuǎn)化效率高、振動(dòng)噪聲低、零排放、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì),是綠色船舶理想的動(dòng)力源。儲(chǔ)氫裝置的儲(chǔ)氫密度、補(bǔ)給特性、系統(tǒng)復(fù)雜程度、成本等特點(diǎn)決定了氫燃料電池船舶的航速、續(xù)航力、安全性和經(jīng)濟(jì)性,氫氣高效高安全性?xún)?chǔ)運(yùn)是氫能在船舶領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。

        1 船用儲(chǔ)氫技術(shù)路線(xiàn)現(xiàn)狀

        目前國(guó)內(nèi)外船用氫源大部分采用高壓儲(chǔ)氫技術(shù)路線(xiàn),具有成熟度高、充放氫速度快、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、重量?jī)?chǔ)氫密度較高和成本低等優(yōu)點(diǎn)[1];但也有體積儲(chǔ)氫密度低、存在泄漏安全性隱患、補(bǔ)給能效較低等缺點(diǎn),主要適用于儲(chǔ)能數(shù)MWh以下的中小型船舶。

        此外,國(guó)外還有液氫裝船應(yīng)用的案例,液氫儲(chǔ)存具有重量和體積儲(chǔ)氫密度高、補(bǔ)給迅速等優(yōu)點(diǎn),但也有氫氣液化過(guò)程能耗大、日蒸發(fā)率高、液氫儲(chǔ)存安全性和控制要求高等缺點(diǎn),不適用于氫氣的長(zhǎng)時(shí)密閉存儲(chǔ)、使用和運(yùn)輸,適用于液氫儲(chǔ)運(yùn)船或岸基加氫站儲(chǔ)氫。

        目前其他具有發(fā)展?jié)摿Φ膬?chǔ)氫技術(shù)路線(xiàn)還有:有機(jī)液體儲(chǔ)氫、甲醇重整制氫、金屬水解制氫和合金儲(chǔ)氫等方式。

        2 有機(jī)液體儲(chǔ)氫

        2.1 有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)基本原理

        有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)的基本原理如下:

        以含有不飽和C=C雙鍵的液態(tài)有機(jī)分子材料作為儲(chǔ)氫載體,與氫氣發(fā)生可逆化學(xué)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)循環(huán)的加氫-脫氫過(guò)程[2]。以N-乙基咔唑?yàn)槔?,反?yīng)式如下:

        C14H13N+6H2→C14H25N+Q

        C14H25N→C14H13N+6H2+Q

        圖1 儲(chǔ)氫前/后有機(jī)液體

        2.2 有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)特點(diǎn)

        有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)主要特點(diǎn)如下:

        1)儲(chǔ)氫密度高

        以有機(jī)分子材料(如N-乙基咔唑等)作為儲(chǔ)氫載體的體積儲(chǔ)氫密度約為56 g/L,其重量?jī)?chǔ)氫量達(dá)5.6 wt%,與70 MPa高壓儲(chǔ)氫相當(dāng),有機(jī)液體儲(chǔ)氫載體的理論重量?jī)?chǔ)氫密度達(dá)到6.5 wt%以上。

        2)存儲(chǔ)、運(yùn)輸、補(bǔ)給安全方便

        儲(chǔ)氫有機(jī)液體為液態(tài)高閃點(diǎn)化合物,遇明火不燃燒,存儲(chǔ)非常安全,在碼頭可利用普通管道、罐車(chē)等設(shè)備快速的完成物料補(bǔ)給,在整個(gè)運(yùn)輸、補(bǔ)給過(guò)程中,不會(huì)產(chǎn)生任何氫氣或能量損失。

        圖2 40 kW有機(jī)液體儲(chǔ)氫裝置

        3)氫氣純度高、無(wú)尾氣排放

        儲(chǔ)氫有機(jī)液體脫氫所得到的氫氣具有較高的純度(≥ 99.99%),完全滿(mǎn)足燃料電池裝置的用氫需求,且脫氫過(guò)程中無(wú)尾氣排放問(wèn)題。

        4)液態(tài)儲(chǔ)氫載體材料可重復(fù)使用

        儲(chǔ)氫有機(jī)液體的加脫氫反應(yīng)完全,反應(yīng)過(guò)程高度可逆,液態(tài)儲(chǔ)氫載體材料可反復(fù)循環(huán)使用。

        3 甲醇重整制氫

        3.1 甲醇重整制氫技術(shù)基本原理

        甲醇重整制氫技術(shù)基本原理如下:

        重整制氫是指甲醇、乙醇、柴油等富氫燃料在一定溫度和壓力條件下,在催化劑的作用下發(fā)生催化重整反應(yīng),轉(zhuǎn)化為H2和CO2的過(guò)程。甲醇水蒸汽重整制氫的反應(yīng)式如下[3]:

        主反應(yīng):

        CH3OH(g)+H2O(g)→CO2+3H2

        (△H298=49.4 kJ/mol)

        副反應(yīng):

        CH3OH(g)→CO+2H2

        (△H298=91kJ/mol)

        CO+H2O(g)→CO2+H2

        (△H298=-41kJ/mol)

        3.2 甲醇制氫技術(shù)特點(diǎn)

        1)儲(chǔ)氫密度高

        甲醇材料儲(chǔ)氫密度高達(dá)12.5 wt%,裝置重量?jī)?chǔ)氫密度達(dá)5.0 wt%,體積儲(chǔ)氫密度57 kg/m3。

        2)制取的氫氣中存在少量CO

        甲醇重整制氫反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生少量的CO,容易毒化燃料電池電堆中的催化劑。在使用前需要對(duì)氫氣進(jìn)行分離純化[4]。

        3)有CO2氣體排放

        甲醇重整制氫過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生CO2氣體,屬于低碳燃料,根據(jù)碳排放要求一般會(huì)增加碳捕捉裝置。

        圖3 60 kW甲醇重整制氫裝置

        4 金屬水解制氫

        4.1 金屬水解制氫技術(shù)基本原理

        高密度金屬水解制氫技術(shù)是基于金屬或其氫化物(以氫化鎂(MgH2)為例)與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的“即制即用”安全氫源技術(shù)。反應(yīng)式如下,原理見(jiàn)圖3所示:

        MgH2+2H2O?Mg(OH)2+2H2

        (△H298=-277 kJ/mol H2)

        4.2 金屬水解制氫技術(shù)主要特點(diǎn)

        金屬水解制氫技術(shù)主要特點(diǎn)如下:

        1)儲(chǔ)氫密度高

        金屬水解制氫的材料達(dá)11 wt%以上,設(shè)備重量?jī)?chǔ)氫密度約4 wt%,體積儲(chǔ)氫密度高于60 kg/m3。

        2)制氫過(guò)程安全性好,可靠性高

        金屬水解制氫過(guò)程是化學(xué)反應(yīng),氫氣即制即用,安全性較高。此外,材料穩(wěn)定,安全性好。

        3)產(chǎn)氫純度高

        金屬水解制氫的氣體產(chǎn)物僅有H2和少量水蒸氣,不產(chǎn)生CO、CO2等對(duì)燃料電池有害的氣體,氫氣無(wú)需純化即可直接為燃料電池供氫。

        4)工作溫度低,無(wú)尾氣排放

        金屬水解制氫工作溫度低,無(wú)尾氣排放。

        5)技術(shù)成熟度不高

        目前,金屬水解制氫技術(shù)處于預(yù)研階段,需重點(diǎn)突破制氫設(shè)備和反應(yīng)產(chǎn)物處理等關(guān)鍵技術(shù)。

        圖4 金屬水解制氫裝置

        5 合金儲(chǔ)氫

        5.1 合金儲(chǔ)氫技術(shù)基本原理

        金屬合金儲(chǔ)氫的基本工作原理是:氫氣在金屬合金儲(chǔ)氫材料表面經(jīng)過(guò)物理吸附、化學(xué)吸附和分解等過(guò)程,隨后氫以原子形態(tài)在儲(chǔ)氫合金中擴(kuò)散遷移達(dá)到平衡,最終儲(chǔ)于儲(chǔ)氫合金的晶格間隙中,并與儲(chǔ)氫合金的原子化合生成穩(wěn)定的氫化物(如圖4所示)。儲(chǔ)氫合金吸氫過(guò)程伴隨熱量釋放,而其逆反應(yīng)放氫過(guò)程則是吸熱反應(yīng),因此通過(guò)控制熱量供給即可保證氫氣安全釋放。

        金屬合金儲(chǔ)氫可逆吸放氫反應(yīng)式如下:

        M+H2?MH2+Q

        (M:儲(chǔ)氫材料,Q:反應(yīng)熱)

        5.2 合金儲(chǔ)氫技術(shù)特點(diǎn)

        合金儲(chǔ)氫技術(shù)主要特點(diǎn)如下:

        1)技術(shù)成熟度高,安全可靠性得到驗(yàn)證

        合金儲(chǔ)氫技術(shù)在多種氫源中,成熟度最高,德國(guó)已在212 A和214型船舶上應(yīng)用20余年,安全可靠性得到充分驗(yàn)證。

        2)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快

        合金儲(chǔ)氫設(shè)備供氫速度快,可滿(mǎn)足燃料電池裝置各種運(yùn)行工況要求,動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征良好。

        3)儲(chǔ)氫密度不夠高,需要發(fā)展新型儲(chǔ)氫材料體系

        合金儲(chǔ)氫技術(shù)不足之處在于設(shè)備儲(chǔ)氫率較低,例如,德國(guó)采用的鈦鐵系合金儲(chǔ)氫設(shè)備儲(chǔ)氫率僅1.45 wt%。近年來(lái),國(guó)內(nèi)已成功開(kāi)發(fā)了儲(chǔ)氫率更高的釩系儲(chǔ)氫合金材料,材料儲(chǔ)氫率達(dá)到2.6 wt%[5],設(shè)備實(shí)際儲(chǔ)氫率也可達(dá)到2.2 wt%,仍然難以適應(yīng)未來(lái)長(zhǎng)續(xù)航力船舶發(fā)展要求。新型的輕質(zhì)高儲(chǔ)氫密度儲(chǔ)氫材料,如LiBH4、AlH3、LiMg(NH2)2等體系儲(chǔ)氫密度高達(dá)6.0 wt%以上,但是這些材料體系存在技術(shù)成熟度不高的問(wèn)題,還有待進(jìn)一步研究和發(fā)展。

        圖5 鈦鐵系儲(chǔ)氫材料和釩系儲(chǔ)氫材料

        6 不同儲(chǔ)氫技術(shù)對(duì)比

        有機(jī)液體儲(chǔ)氫、甲醇重整制氫、水解制氫和合金儲(chǔ)氫四種儲(chǔ)氫技術(shù)符合船用動(dòng)力對(duì)氫源的安全性和可靠性要求,下面在儲(chǔ)氫密度、廢氣排放、工作溫度與耗能、燃料補(bǔ)給和技術(shù)成熟度等方面進(jìn)行對(duì)比分析:

        1)儲(chǔ)氫密度:有機(jī)液體儲(chǔ)氫、甲醇重整制氫、鋁水解制氫等3種氫源技術(shù)具有較高儲(chǔ)氫密度,可滿(mǎn)足船舶長(zhǎng)續(xù)航力的要求;鐵鈦系合金儲(chǔ)氫技術(shù)儲(chǔ)氫密度相對(duì)較低,需要發(fā)展高儲(chǔ)氫密度材料。

        2)廢氣排放:有機(jī)液體儲(chǔ)氫、水解制氫、合金儲(chǔ)氫技術(shù)等3種氫源無(wú)廢氣排放;甲醇重整制氫有二氧化碳(CO2)尾氣排放。

        3)工作溫度與耗能:鐵鈦系合金儲(chǔ)氫技術(shù)工作溫度較低,且放氫所需熱量可利用燃料電池發(fā)電排放的廢熱,與燃料電池形成良好匹配;有機(jī)液體儲(chǔ)氫、甲醇重整制氫技術(shù)工作溫度較高,無(wú)法有效利用燃料電池發(fā)電廢熱,通過(guò)消耗自身額外多攜帶的氫能或甲醇滿(mǎn)足供氫吸熱需求;水解制氫供氫過(guò)程是放熱反應(yīng),增大了燃料電池電池裝置的排熱量,通過(guò)增大船舶冷卻水換熱能力實(shí)現(xiàn)裝置熱平衡。

        4)燃料補(bǔ)給:有機(jī)液體儲(chǔ)氫、甲醇重整制氫技術(shù)的儲(chǔ)氫載體是液體,補(bǔ)給方便、高效、安全;合金儲(chǔ)氫技術(shù)燃料補(bǔ)給是充裝氫氣并通冷卻水,燃料補(bǔ)給方便、高效,但對(duì)安全性要求較高;水解制氫技術(shù)需要補(bǔ)充固體制氫反應(yīng)物,燃料補(bǔ)給相對(duì)困難,這是該技術(shù)需要重點(diǎn)解決的技術(shù)難題。

        5)技術(shù)成熟度:鐵鈦系合金儲(chǔ)氫技術(shù)成熟度高,目前已完成1:1儲(chǔ)氫設(shè)備樣機(jī)研制,且技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平[6];有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)成熟度較高,目前在民用大巴上得到示范應(yīng)用;甲醇重整制氫技術(shù)成熟度也較高,目前在固定式電站上得到示范應(yīng)用;水解制氫技術(shù)的成熟度相對(duì)較低,目前處于原理樣機(jī)研制階段。

        7 結(jié)論

        經(jīng)對(duì)比分析,有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)適用于有高溫?zé)嵩吹拇?,通過(guò)外供熱體現(xiàn)其高儲(chǔ)氫密度特性;甲醇重整制氫技術(shù)適用于對(duì)碳排放要求不高的船舶;鋁水解制氫技術(shù)需要重點(diǎn)突破相關(guān)關(guān)鍵技術(shù),特別是補(bǔ)給技術(shù);鐵鈦合金儲(chǔ)氫技術(shù)適用于需要較高配重且對(duì)體積較緊張的船舶。另外,上述四類(lèi)儲(chǔ)氫技術(shù)都需要進(jìn)一步提升技術(shù)成熟度,并降低成本。

        綜上所述,目前在船用燃料電池領(lǐng)域儲(chǔ)氫方式多種,在儲(chǔ)氫密度、排放、安全性、補(bǔ)給保障性等方面各有特色,需要針對(duì)不同的船型、排放要求、水域和應(yīng)用周邊的燃料補(bǔ)給保障條件決定選用特定氫源,需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型高效高安全性船用儲(chǔ)供氫技術(shù),以滿(mǎn)足船舶應(yīng)用各個(gè)方面的要求。

        [1] 殷凡青, 姜良超, 程吉鵬. 一種車(chē)載輕質(zhì)高壓金屬氫化物復(fù)合式儲(chǔ)氫罐設(shè)計(jì)[J]. 汽車(chē)實(shí)用技術(shù), 2018(07): 148-150.

        [2] 劉凱. 基于車(chē)載氫源系統(tǒng)的環(huán)己烷脫氫技術(shù)研究[D]. 浙江大學(xué), 2008.

        [3] 衣寶廉. 燃料電池-原理·技術(shù)·應(yīng)用[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2003.

        [4] 任素貞, 刁紅敏, 宋志玉. 甲醇重整制氫在燃料電池中的應(yīng)用[J]. 太陽(yáng)能, 2008(02): 30-33.

        [5] 高效儲(chǔ)氫裝置與技術(shù). 上海, 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 2009-01-01.

        [6] 方曉旻, 宋義超. 國(guó)外常規(guī)潛艇AIP系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 船電技術(shù), 2015, 35(01): 40-44.

        Comparative analysis of several hydrogen storage technology in hydrogen fuel cell ships

        Jia Jangxin1, Hong Haoyuan2, Wang Zhen2

        (1.Wuhan Branch of China Classification Society, Wuhan 430311, China; 2. Wuhan Hydrogen Fuel Cell Engineering Research Center, Wuhan 430064, China)

        TM911

        A

        1003-4862(2022)05-0037-04

        2021-11-16

        賈江鑫(1986-),男,本科。研究方向:電氣工程及自動(dòng)化。E-mail: jx_jia@ccs.org.cn

        猜你喜歡
        儲(chǔ)氫重整制氫
        站用儲(chǔ)氫瓶式容器組缺陷及檢測(cè)方法
        我國(guó)固定式儲(chǔ)氫壓力容器發(fā)展現(xiàn)狀綜述
        信托公司在破產(chǎn)重整實(shí)務(wù)中的機(jī)會(huì)
        銀行家(2022年5期)2022-05-24 12:54:58
        制氫工藝技術(shù)比較
        儲(chǔ)氫合金La0.74Mg0.26Ni2.55Co0.55Al0.2Fe0.1的制備與電化學(xué)性能
        高比表面積活性炭吸附儲(chǔ)氫材料的研究進(jìn)展
        高活性Al-LiBH4-Bi鋁基復(fù)合制氫材料
        醫(yī)患關(guān)系需重整“程序”
        旋轉(zhuǎn)真空浸漬法制備N(xiāo)iO/MgO=γ=Al2 O3催化劑用于CO2/CH4重整研究
        電解制氫設(shè)備開(kāi)發(fā)入選“863”
        低溫與特氣(2014年4期)2014-03-20 13:36:50
        白白色发布免费手机在线视频观看| 国产精品久久久久久福利| 真实国产乱子伦精品视频| 久久综合丝袜日本网| 免费人成在线观看视频播放| 嫖妓丰满肥熟妇在线精品| 欧美自拍视频在线| 国产97色在线 | 免| 亚洲高清av一区二区| 国产不卡在线视频观看| 人妻聚色窝窝人体www一区| 欧美色欧美亚洲另类二区不卡| 久久久久久久尹人综合网亚洲| 美女一区二区三区在线观看视频| 国产毛片精品一区二区色| 日本精品女优一区二区三区| 乱中年女人伦av三区| 亚洲色在线v中文字幕| 美女黄18以下禁止观看| 国产午夜av一区二区三区| 国产精品人妻熟女男人的天堂| 亚洲国产精品一区二区成人片国内| 欧美猛少妇色xxxxx猛交| 亚洲av无码专区亚洲av| 国产自产c区| 亚洲成人黄色av在线观看| 亚洲女厕偷拍一区二区| 精品亚洲成a人在线观看| 无码人妻久久一区二区三区免费 | 国产人妖一区二区av| 色偷偷激情日本亚洲一区二区| 50岁熟妇的呻吟声对白| 国产精品亚洲欧美天海翼| 黑人一区二区三区高清视频| 国产欧美综合一区二区三区| 亚洲精品午夜无码专区| 国产精品美女久久久浪潮av| 亚洲日产AV中文字幕无码偷拍| 亚洲精品一区三区三区在线| 女人高潮内射99精品| 丰满少妇被猛烈进入无码|