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气态输氢方式简介

 更新时间:2024-05-17    点击量:111

气态氢气通常通过卡车或管道输送。由于气态氢通常在相对较低的压力(20-30 bar)下产生,因此必须在运输前对其进行压缩。运输气态氢的卡车称为管式拖车。气态氢气被压缩到 180 bar (~2,600 psig) 或更高的压力,装入长圆柱体容器,这些圆柱体堆叠阵列在卡车牵引的拖车上。这就给人一种长管的感觉,因此被称为长管拖车。气态氢气也可以像今天的天然气一样通过管道运输。这在长距离和大容量运输中很常见。大多数现有的氢气管道都安装在炼油厂,氢气用于石油提纯过程。

1、氢气压缩
氢气的生产压力通常相对较低(20-30 巴),运输前必须对其进行压缩。目前用于压缩气态氢的压缩机大多是容积式压缩机或离心式压缩机。容积式压缩机可以是往复式的,也可以是旋转式的。
往复式压缩机使用带有线性驱动装置的电机来回移动活塞或隔膜。这种运动通过减少氢气所占的体积来压缩氢气。往复式压缩机(有时简称为复式压缩机:recips)是常用的压缩机,适用于需要很高压缩比的应用场合。
旋转式压缩机通过齿轮、凸轮、螺杆、叶片或滚子的旋转进行压缩。由于需要严格控制公差以防止泄漏,氢气压缩对于容积式压缩机来说是一项具有挑战性的应用。
离子压缩机类似于往复式压缩机,但使用离子液体代替活塞。这些压缩机不需要轴承和密封件,而轴承和密封件是往复式压缩机常见的两个故障源。离子压缩机的容量和压力均可满足加氢站的要求。

离心式压缩机具有高吞吐量和适中的压缩比,是管道应用的压缩机。离心式压缩机以非常高的速度旋转涡轮来压缩气体。由于氢气的分子量较低,氢气离心压缩机必须以比天然气压缩机快 3 倍的转速运行,才能达到相同的压缩比。

电化学压缩机使用质子交换膜,两侧是电极和外部电源,以驱动氢在阳极处的解离及其在阴极处的较高压力下的复合。
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电化学压缩机

金属氢化物和离子液体。金属氢化物压缩机使用通过放热反应形成氢化物的金属,然后在加热时在高压下释放氢气。

备注说明:

1)压缩比:是压缩机出口处的压力与压缩机入口处的压力之比。例如,在入口处以 20 bar 的温度吸收气体并在出口处将其压缩至 200 bar 的压缩机的压缩比为 10 [200 bar / 20 bar = 10]。

2)压缩机吞吐量是压缩机每单位时间(例如,kg/h)可以压缩以质量表示的氢气的速率。

2、管式拖车

运输气态氢的卡车称为管式拖车。气态氢气被压缩到 180 bar (~2,600 psig) 或更高的压力,装入长长的气瓶中,阵列堆叠在卡车牵引的拖车上。这就给人一种长管子的感觉,因此得名管拖车。

根据美国运输部 (DOT) 的规定,管式拖车目前被限制在 250 bar 的压力范围内,但已获得豁免,以便在更高的压力下运行(例如,500 bar 或更高)。常用的是钢管拖车,载重约 380 公斤;它们的承载能力受到钢管重量的限制。最近,已经开发出复合材料储存容器,每辆拖车的氢气容量为 560-900 公斤。目前,其他国家正在使用这种管式拖车运送压缩天然气。

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长管拖车

3、管道运输

气态氢气可以通过管道运输,就像今天的天然气一样。目前,美国约有 1,600 英里的氢气管道在运行。这些管道由商业氢气生产商拥有,位于炼油厂和化工厂等大型氢气用户集中的地方,例如墨西哥湾沿岸地区。

通过现有管道运输气态氢气是输送大量氢气的低成本选择。新管道建设的高初始资本成本是扩大氢气管道输送基础设施的主要障碍。因此,现状的研究重点是克服与管道传输相关的技术问题,包括:

氢气可能会脆化用于制造管道的钢材和焊缝。
需要控制氢气渗透和泄漏。

需要更低成本、更可靠、更耐用的氢压缩技术。

潜在的解决方案包括使用纤维增强聚合物 (FRP) 管道进行氢气分配。FRP管道的安装成本比钢制管道低约20%,因为FRP可以制成的截面比钢制管长得多,因此最大限度地减少了焊接要求。

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氢运输管道
快速扩大氢气输送基础设施的一种可能性是改造部分天然气输送基础设施以适应氢气。将天然气管道改造成输送天然气和氢气(氢气含量高可达约15%)的混合物可能只需要对管道进行适当的改造。将现有天然气管道转换为输送纯氢可能需要进行更实质性的修改。目前正在对这两种方法进行研究和分析。


来源:氢眼所见

注:已获得转载权



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