氢气的用途在石化工业中,需加氢通过去硫和氢化裂解来提炼原油。氢的另一个重要的用途是对人造黄油、食用油、洗发精、润滑剂、家庭清洁剂及其它产品中的脂肪氢化。在玻璃制造的高温加工过程及电子微芯片的制造中,在氮气保护气中加入氢以去除残余的氧。用作合成氨、合成甲醇、合成盐酸的原料,冶金用还原剂。由于氢的高燃料性,航天工业使用液氢作为燃料。氢气是一种无色、无嗅、无毒、易燃易爆的气体,和氟气、氯气、氧气、一氧化碳以及空气混合均有的危险。目前氢储能系统效率为电化学储能的50%左右、抽水蓄能的60%左右。广东高压氢气运输
随着燃料电池汽车产业的发展,其上游氢能产业也得到了迅速的发展,但氢能产业目前还面临着生产、运输和供氢基础设施缺乏等问题,其中氢气的运输在整个氢能供应链的经济、能耗性能中占有很大比重。本文主要讨论氢气运输的几种方式及安全性,分析影响运氢方式的选择因素和未来发展趋势。高压氢气运输分为集装格和长管拖车两类,其中,集装格由多个40L的、压力为15Mpa的高压储氢钢瓶组成,运输较为灵活,适用于需求量小的加氢站;液氢的体积能量密度为·L-1,是15Mpa压力下氢气的。液氢槽罐车运输是将氢气深度冷冻至21K液化,再装入隔温的槽罐车中运输,目前商用的槽罐车容量约为65m3,可容纳4000kg氢气。国外加氢站使用该类运输略多于高压气态长管拖车运输。管道运输分为气态管道运输和液态管道运输两类。气态管道直径约~、压力范围为1~3Mpa,每小时流量约310~8900kg氢气,目前该类管道总长度已超过16000km,主要分布在美国、加拿大和欧洲等地,其投资成本较天然气管道高50~80%,其中大部分的成本用于搜寻合适的地质环境来布局管道线路;液态管道采用真空夹套绝热技术,由内层和外层两个等截面同心套管构成,且两个管套中间抽成真空状态,防止内管内液氢的温度扩散。湖北管束氢气运输车管道运输是具有发展潜力的成本运氢方式。压管道适合大规模、长距离的运氢。
液氢罐车运输是将将氢气深度冷冻至21K液化,再将液氢装在压力通常为低温绝热槽罐内进行运输的方法。由于液氢的体积能量密度达到,液氢槽罐车的容量大约为65m3,每次可净运输约4000kg氢气,是气氢拖车单车运量的10倍多,提高了运输效率,适合大批量、远距离运输。但缺点是制取液氢的能耗较大(液化相同热值的氢气耗电量是压缩氢气的11倍以上),并且液氢储存、输送过程均有一定的蒸发损耗。国外已有广泛应用,国内标准缺失掣肘液氢发展。在国外尤其是欧、美、日等国家,液氢技术发展已经相对较为成熟,液氢在储运等环节已进入规模化应用阶段,某些地区液氢槽车运输超过了气氢运输规模。而国内目前用于航天及领域,这是由于液氢生产、运输、储存装置等标准均为标准,无民用标准,极大地限制了液氢罐车在民用领域的应用。国内相关企业已着手研发相应的液氢储罐、液氢槽车,如中集圣达因、富瑞氢能等公司已开发出国产液氢储运产品。液氢标准出台指日可待。2019年6月26日,全国氢能标准化技术委员会发布关于对《氢能汽车用燃料液氢》、《液氢生产系统技术规范》和《液氢贮存和运输安全技术要求》三项国家标准征求意见的函。液氢相关标准和政策规范形成后。
测算过程如下表:氢气管网相比长管拖车具备成本优势。由于压缩每公斤氢气所消耗的电量是一定的。管道运氢成本增长的驱动因素主要是与输送距离正相关的管材折旧及维护费用。当输送距离为100km时,运氢成本为,为同等距离下气氢拖车成本的1/5,通过管道运输氢气是一种降低成本的可靠方法。管道运氢成本很大程度上受到需求端的影响。虽然测算结果显示管道运氢成本较低,但达到该成本的前提是管道的运能利用率达到100%,即加氢站有足够的氢气需求。运氢成本随着利用率的下降而上升,当运能利用率为20%时,管道运氢的成本已经接近长管拖车运氢。在当前加氢站尚未普及、站点较为分散的情况下,管道运氢的成本优势并不明显。但随着氢能产业逐步发展,氢气管网终将成为低成本运氢方式的选择。液氢罐车运输:适合长距离运输,国内外应用差距明显液氢运输相比气氢效率更高,但国内应用程度有限液氢罐车运输系统由动力车头、整车拖盘和液氢储罐3部分组成。由于液氢的运输温度需保持在-253℃以下,与外部环境温差较大,为保证液氢储存的密封和隔热性能,对液氢储罐的材料和工艺有很高的要求,使其初始投资成本较高。液氢罐车运输具有更高的运输效率,但液化过程能耗大。 氢气是一种理想的燃料。氢气的资源非常丰富,水就是氢的仓库。
柴油发动机在巡航速度下可实现35%的效率。汽油发动机在巡航速度下可实现25%的效率。两种车辆都可以转换为氢气运行。可以使用内燃机(ICE),使效率达到35%。或者,可以使用燃料电池,效率达到45%。钢罐的空间,重量和费用使其不切实际。能源效率方面的任何提高都将被拖运非常重的坦克所造成的损失所抵消。如此大小和性能的碳纤维储罐不存在,它们只是目标。相比之下,汽油需要一个小型的低技术含量的油箱。一辆40吨的卡车可以将26吨的汽油输送到传统的加油站。对于繁忙的车站,每天交付一次就足够了。一辆载有压缩氢的40吨卡车只能运送400公斤。那是因为罐的重量能够容纳200个大气压。空卡车的重量几乎相当于整辆卡车的重量。压缩氢气罐必须坚固。如果储罐破裂。氢气的燃烧产物又是水,一旦利用太阳能从水中制取氢气的技术得以突破,氢气就将成为用不尽的能源。湖北管束氢气运输车
氢能是理想的清洁二次能源,用可再生能源制氢,用储氢材料储氢.。广东高压氢气运输
其昂贵的投资使氢气运输成本基本维持不变。当加氢站规模达到1500kg·d-1时,氢气的运输成本大约为6元·kg-1。单从运输方面的成本来看,三种运输方式中以液氢运输成本比较低,管道运输比较高。注意此液氢运输成本没有包含氢气液化及蒸发成本,氢气液化设备的投资非常巨大,一个日处理量为120t氢气的液化厂投资约为9千万美元。Syed等计算了规模为3×104kg·h-1的氢气液化成本,达到·kg-1,若考虑到此,长管拖车运输氢气的成本在目前还是比较低的。由于长管拖车运输和槽车运输技术都非常成熟,通过技术进步降低设备成本不大可能。但是今后生产规模扩大后能降低部分成本。3能耗分析氢气首先经过压缩或液化后再进行运输,这些过程都需要消耗能量。Bossel等深入地比较了压缩和液化的能耗以及氢气道路运输的能耗,可为氢气运输方式的选择提供参考。氢气的高热值为142MJ·kg-1,如果将氢气压缩到20MPa,大约消耗能量14MJ·kg-1,相当于氢气内能的10%左右。液化能耗很高,具有明显的规模效益。当液化量很少时,液化能耗甚至高于氢气的热值,当液化量达到1000kg·h-1时,液化能耗仍超过40MJ·kg-1,是低热值的30%以上。对于一般规模的液化厂,氢气液化能耗大约为压缩能耗的3倍。 广东高压氢气运输