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氣態(tài)輸氫方式簡介

 更新時(shí)間:2024-05-17    點(diǎn)擊量:360

氣態(tài)氫氣通常通過卡車或管道輸送。由于氣態(tài)氫通常在相對較低的壓力(20-30 bar)下產(chǎn)生,因此必須在運(yùn)輸前對其進(jìn)行壓縮。運(yùn)輸氣態(tài)氫的卡車稱為管式拖車。氣態(tài)氫氣被壓縮到 180 bar (~2,600 psig) 或更高的壓力,裝入長圓柱體容器,這些圓柱體堆疊陣列在卡車牽引的拖車上。這就給人一種長管的感覺,因此被稱為長管拖車。氣態(tài)氫氣也可以像今天的天然氣一樣通過管道運(yùn)輸。這在長距離和大容量運(yùn)輸中很常見。大多數(shù)現(xiàn)有的氫氣管道都安裝在煉油廠,氫氣用于石油提純過程。

1、氫氣壓縮
氫氣的生產(chǎn)壓力通常相對較低(20-30 巴),運(yùn)輸前必須對其進(jìn)行壓縮。目前用于壓縮氣態(tài)氫的壓縮機(jī)大多是容積式壓縮機(jī)或離心式壓縮機(jī)。容積式壓縮機(jī)可以是往復(fù)式的,也可以是旋轉(zhuǎn)式的。
往復(fù)式壓縮機(jī)使用帶有線性驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)來回移動(dòng)活塞或隔膜。這種運(yùn)動(dòng)通過減少氫氣所占的體積來壓縮氫氣。往復(fù)式壓縮機(jī)(有時(shí)簡稱為復(fù)式壓縮機(jī):recips)是常用的壓縮機(jī),適用于需要很高壓縮比的應(yīng)用場合。
旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)通過齒輪、凸輪、螺桿、葉片或滾子的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行壓縮。由于需要嚴(yán)格控制公差以防止泄漏,氫氣壓縮對于容積式壓縮機(jī)來說是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。
離子壓縮機(jī)類似于往復(fù)式壓縮機(jī),但使用離子液體代替活塞。這些壓縮機(jī)不需要軸承和密封件,而軸承和密封件是往復(fù)式壓縮機(jī)常見的兩個(gè)故障源。離子壓縮機(jī)的容量和壓力均可滿足加氫站的要求。

離心式壓縮機(jī)具有高吞吐量和適中的壓縮比,是管道應(yīng)用的壓縮機(jī)。離心式壓縮機(jī)以非常高的速度旋轉(zhuǎn)渦輪來壓縮氣體。由于氫氣的分子量較低,氫氣離心壓縮機(jī)必須以比天然氣壓縮機(jī)快 3 倍的轉(zhuǎn)速運(yùn)行,才能達(dá)到相同的壓縮比。

電化學(xué)壓縮機(jī)使用質(zhì)子交換膜,兩側(cè)是電極和外部電源,以驅(qū)動(dòng)氫在陽極處的解離及其在陰極處的較高壓力下的復(fù)合。
氣態(tài)輸氫方式簡介
電化學(xué)壓縮機(jī)

金屬氫化物和離子液體。金屬氫化物壓縮機(jī)使用通過放熱反應(yīng)形成氫化物的金屬,然后在加熱時(shí)在高壓下釋放氫氣。

備注說明:

1)壓縮比:是壓縮機(jī)出口處的壓力與壓縮機(jī)入口處的壓力之比。例如,在入口處以 20 bar 的溫度吸收氣體并在出口處將其壓縮至 200 bar 的壓縮機(jī)的壓縮比為 10 [200 bar / 20 bar = 10]。

2)壓縮機(jī)吞吐量是壓縮機(jī)每單位時(shí)間(例如,kg/h)可以壓縮以質(zhì)量表示的氫氣的速率。

2、管式拖車

運(yùn)輸氣態(tài)氫的卡車稱為管式拖車。氣態(tài)氫氣被壓縮到 180 bar (~2,600 psig) 或更高的壓力,裝入長長的氣瓶中,陣列堆疊在卡車牽引的拖車上。這就給人一種長管子的感覺,因此得名管拖車。

根據(jù)美國運(yùn)輸部 (DOT) 的規(guī)定,管式拖車目前被限制在 250 bar 的壓力范圍內(nèi),但已獲得豁免,以便在更高的壓力下運(yùn)行(例如,500 bar 或更高)。常用的是鋼管拖車,載重約 380 公斤;它們的承載能力受到鋼管重量的限制。最近,已經(jīng)開發(fā)出復(fù)合材料儲(chǔ)存容器,每輛拖車的氫氣容量為 560-900 公斤。目前,其他國家正在使用這種管式拖車運(yùn)送壓縮天然氣。

氣態(tài)輸氫方式簡介

長管拖車

3、管道運(yùn)輸

氣態(tài)氫氣可以通過管道運(yùn)輸,就像今天的天然氣一樣。目前,美國約有 1,600 英里的氫氣管道在運(yùn)行。這些管道由商業(yè)氫氣生產(chǎn)商擁有,位于煉油廠和化工廠等大型氫氣用戶集中的地方,例如墨西哥灣沿岸地區(qū)。

通過現(xiàn)有管道運(yùn)輸氣態(tài)氫氣是輸送大量氫氣的低成本選擇。新管道建設(shè)的高初始資本成本是擴(kuò)大氫氣管道輸送基礎(chǔ)設(shè)施的主要障礙。因此,現(xiàn)狀的研究重點(diǎn)是克服與管道傳輸相關(guān)的技術(shù)問題,包括:

氫氣可能會(huì)脆化用于制造管道的鋼材和焊縫。
需要控制氫氣滲透和泄漏。

需要更低成本、更可靠、更耐用的氫壓縮技術(shù)。

潛在的解決方案包括使用纖維增強(qiáng)聚合物 (FRP) 管道進(jìn)行氫氣分配。FRP管道的安裝成本比鋼制管道低約20%,因?yàn)镕RP可以制成的截面比鋼制管長得多,因此最大限度地減少了焊接要求。

氣態(tài)輸氫方式簡介
氫運(yùn)輸管道
快速擴(kuò)大氫氣輸送基礎(chǔ)設(shè)施的一種可能性是改造部分天然氣輸送基礎(chǔ)設(shè)施以適應(yīng)氫氣。將天然氣管道改造成輸送天然氣和氫氣(氫氣含量高可達(dá)約15%)的混合物可能只需要對管道進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?。將現(xiàn)有天然氣管道轉(zhuǎn)換為輸送純氫可能需要進(jìn)行更實(shí)質(zhì)性的修改。目前正在對這兩種方法進(jìn)行研究和分析。


來源:氫眼所見

注:已獲得轉(zhuǎn)載權(quán)



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