Проблемы хранения водорода и системы его хранения Выполнили: Шапиро А., Калля Н., группа МН-13. - презентация

1 Проблемы хранения водорода и системы его хранения Выполнили: Шапиро А., Калля Н., группа МН-13

2 Разработка наиболее экономичных и эффективных способов хранения водорода представляет собой одну из главных технологических проблем водородной энергетики. Основные проблемы, требующие решения при разработке технологий хранения водорода, имеют отношение к обеспечению их рентабельности и безопасности, что напрямую связано с химическими и физическими свойствами водорода.

3 Методы хранения водородного топлива можно разделить на 2 группы: Физические Химические

4 Физические методы Используются физические процессы (главным образом, компрессирование или ожижение) для переведения газообразного водорода в компактное состояние. Водород, хранимый с помощью физических методов, слабо взаимодействует со средой хранения. Методы хранения Тара для хранения Сжатый газообразный водород газовые баллоны; стационарные массивные системы хранения, включая подземные резервуары; хранение в трубопроводах; стеклянные микросферы. Жидкий водород стационарные и транспортные криогенные контейнеры

5 Химические методы В химических методах хранение водорода обеспечивается физическими или химическими процессами его взаимодействия с некоторыми материалами. Данные методы характеризуются сильным взаимодействием молекулярного либо атомарного водорода с материалом среды хранения. Данная группа методов главным образом включает следующие: Адсорбционный Абсорбция в объёме материала (металлогидридный) Химическое взаимодействие

6 Хранение газообразного водорода Хранение газообразного водорода не является более сложной проблемой, чем хранение природного газа. На практике для этого применяют газгольдеры, естественные подземные резервуары (водоносные породы, выработанные месторождения нефти и газа), хранилища, созданные подземными атомными взрывами. Доказана принципиальная возможность хранения газообразного водорода в соляных кавернах, создаваемых путём растворения соли водой через боровые скважины.

7 Рабочее давление Способ хранения До 100 МПа Сварные сосуды с двух- или многослойными стенками. Внутренняя стенка такого сосуда выполнена из нержавеющей стали или другого материала, совместимого с водородом в условиях высокого давления, внешние слои – из высокопрочных сталей, бесшовные толстостенные сосуды из низкоуглеродистых сталей. До 20 МПа Стальные сосуды. Такие ёмкости можно подвозить к месту потребления на автомобильных или железнодорожных платформах, как в стандартной таре, так и в специально сконструированных контейнерах. До 10 МПа Газгольдеры. Обычно их изготовляют из углеродистой стали. Вследствие малой плотности газообразного водорода хранить его в таких ёмкостях выгодно лишь в сравнительно небольших количествах. 5 МПа Хранение очень больших количеств водорода. Экономически эффективным является способ хранения истощённых газовых и водоносных пластах. Газообразный водород в очень больших количествах хранится в соляных кавернах глубиной 365 м при давлении водорода 5 МПа, в пористых водонаполненных структурах вмещающих до 20·10 6 м 3 водорода. Хранение газообразного водорода

8 Хранение газообразного водорода картинка баллона Баллоны для хранения водорода достаточно просты и компактны. Однако для хранения 2 кг Н2 требуются болоны массой 33 кг. Прогресс в материаловедении даёт возможность снизить массу материала баллона до 20 кг на 1 кг водорода, а в дальнейшем возможно снижение до 8 – 10 кг. Пока масса водорода при хранении его в баллонах составляет примерно 2 – 3% от массы самого баллона.

9 Хранение жидкого водорода Уникальное свойств водорода, которое является особенно важным. Водород в жидком состоянии находится в узком интервале температур: от точки кипения 20К до точки замерзания 17К, когда он переходит в твёрдое состояние. Если температура поднимается выше точки кипения, водород мгновенно переходит из жидкого состояния в газообразное.

10 Хранение жидкого водорода К резервуарам для хранения жидкого водорода предъявляют ряд требований: конструкция резервуара должна обеспечивать прочность и надёжность в работе, длительную безопасную эксплуатацию; расход жидкого водорода на предварительное охлаждение хранилища перед его заполнением жидким водородом должен быть минимальным; резервуар для хранения должен быть снабжён средствами для быстрого заполнения жидким водородом и быстрой выдачи хранимого продукта.

11 Хранение жидкого водорода нужна картинка установки Главная часть криогенной системы хранения водорода – теплоизолированные сосуды, масса которых примерно в 4 – 5 раз меньше на 1 кг хранимого водорода, чем при баллонном хранении под высоким давлением. В криогенных системах хранения жидкого водорода на 1 кг водорода приходится 6 – 8 кг массы криогенного сосуда, а по объёмным характеристикам криогенные сосуды соответствуют хранению газообразного водорода под давлением 40 МПа. Жидкий водород в больших количествах хранят в специальных хранилищах объёмом до 5 тыс. м 3. Крупное шарообразное хранилище для жидкого водорода объёмом 2850 м 3 имеет внутренний диаметр алюминиевой сферы 17,4 м 3.

12 Хранение и транспортирование водорода в химически связанном состоянии Преимущества хранения и транспортирование водорода в форме аммиака, метанола, этанола на дальние расстояния состоят в высокой плотности объёмного содержания водорода. Однако в этих формах хранения водорода среда хранения используется однократно

13 Аммиак Температура сжижения аммиака 239,76 К, критическая температура 405 К, так что при нормальной температуре аммиак сжижается при давлении 1,0 МПа и его можно транспортировать по трубам и хранить в жидком виде. В диссоциаторах для разложения аммиака (крекерах), которое протекает при температурах примерно порядка 1173 – 1073 К и атмосферном давлении, используется отработанный железный катализатор для синтеза аммиака. Для получения одного кг водорода затрачивается 5,65 кг аммиака. Метанол Водород из метанола может быть получен по двум схемам: либо методом каталитического разложения: СН 3 ОН => СО+2Н 2 – 90 к Дж с последующей каталитической конверсией СО, либо каталитической паровой конверсии в одну стадию: Н 2 О+СН 3 ОН=>СО 2 +3Н 2 – 49 к Дж. Обычно для процесса используют цинк-хромовый катализатор синтеза метанола. Процесс протекает при 573 – 673 К Хранение и транспортирование водорода в химически связанном состоянии

14

15