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氣態輸氫方式簡介

 更新時間:2024-05-17    點擊量:33

氣態氫氣通常通過卡車或管道輸送。由于氣態氫通常在相對較低的壓力(20-30 bar)下產生,因此必須在運輸前對其進行壓縮。運輸氣態氫的卡車稱為管式拖車。氣態氫氣被壓縮到 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。氣態氫氣也可以像今天的天然氣一樣通過管道運輸。這在長距離和大容量運輸中很常見。大多數現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
氫氣的生產壓力通常相對較低(20-30 巴),運輸前必須對其進行壓縮。目前用于壓縮氣態氫的壓縮機大多是容積式壓縮機或離心式壓縮機。容積式壓縮機可以是往復式的,也可以是旋轉式的。
往復式壓縮機使用帶有線性驅動裝置的電機來回移動活塞或隔膜。這種運動通過減少氫氣所占的體積來壓縮氫氣。往復式壓縮機(有時簡稱為復式壓縮機:recips)是常用的壓縮機,適用于需要很高壓縮比的應用場合。
旋轉式壓縮機通過齒輪、凸輪、螺桿、葉片或滾子的旋轉進行壓縮。由于需要嚴格控制公差以防止泄漏,氫氣壓縮對于容積式壓縮機來說是一項具有挑戰性的應用。
離子壓縮機類似于往復式壓縮機,但使用離子液體代替活塞。這些壓縮機不需要軸承和密封件,而軸承和密封件是往復式壓縮機常見的兩個故障源。離子壓縮機的容量和壓力均可滿足加氫站的要求。

離心式壓縮機具有高吞吐量和適中的壓縮比,是管道應用的壓縮機。離心式壓縮機以非常高的速度旋轉渦輪來壓縮氣體。由于氫氣的分子量較低,氫氣離心壓縮機必須以比天然氣壓縮機快 3 倍的轉速運行,才能達到相同的壓縮比。

電化學壓縮機使用質子交換膜,兩側是電極和外部電源,以驅動氫在陽極處的解離及其在陰極處的較高壓力下的復合。
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電化學壓縮機

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

備注說明:

1)壓縮比:是壓縮機出口處的壓力與壓縮機入口處的壓力之比。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 的壓縮機的壓縮比為 10 [200 bar / 20 bar = 10]。

2)壓縮機吞吐量是壓縮機每單位時間(例如,kg/h)可以壓縮以質量表示的氫氣的速率。

2、管式拖車

運輸氣態氫的卡車稱為管式拖車。氣態氫氣被壓縮到 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。

根據美國運輸部 (DOT) 的規定,管式拖車目前被限制在 250 bar 的壓力范圍內,但已獲得豁免,以便在更高的壓力下運行(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,已經開發出復合材料儲存容器,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送壓縮天然氣。

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長管拖車

3、管道運輸

氣態氫氣可以通過管道運輸,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行。這些管道由商業氫氣生產商擁有,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。

通過現有管道運輸氣態氫氣是輸送大量氫氣的低成本選擇。新管道建設的高初始資本成本是擴大氫氣管道輸送基礎設施的主要障礙。因此,現狀的研究重點是克服與管道傳輸相關的技術問題,包括:

氫氣可能會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。

潛在的解決方案包括使用纖維增強聚合物 (FRP) 管道進行氫氣分配。FRP管道的安裝成本比鋼制管道低約20%,因為FRP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。

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氫運輸管道
快速擴大氫氣輸送基礎設施的一種可能性是改造部分天然氣輸送基礎設施以適應氫氣。將天然氣管道改造成輸送天然氣和氫氣(氫氣含量高可達約15%)的混合物可能只需要對管道進行適當的改造。將現有天然氣管道轉換為輸送純氫可能需要進行更實質性的修改。目前正在對這兩種方法進行研究和分析。


來源:氫眼所見

注:已獲得轉載權



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