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

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.

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

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

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

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.

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

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.

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.

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.

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.

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

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