一般氫氣輸出怎么樣呢？你有了解過嗎？

? 氫氣輸送是氫能利用的重要環(huán)節(jié)。一般而言,氫氣生產(chǎn)廠和用戶會(huì)有一定的距離, 這就存在氫氣輸送的需求。按照氫在輸運(yùn)時(shí)所處狀態(tài)的不同, 可以分為氣氫輸送、液氫輸送和固氫輸送。其中前兩者是目前正在大規(guī)模使用的兩種方式。根據(jù)氫的輸送距離、用氫要求及用戶的分布情況, 氣氫可以用管網(wǎng), 或通過高壓容器裝在車、船等運(yùn)輸工具上進(jìn)行輸送。管網(wǎng)輸送一般適用于用量大的場(chǎng)合, 而車、船運(yùn)輸則適合于量小、用戶比較分散的場(chǎng)合。液氫、固氫輸運(yùn)方法一般是采用車船輸送。



一、氣氫輸送

? 氫氣的密度特別小, 為了提高輸送能力, 一般將氫氣加壓, 使體積大大縮小, 然后裝在高壓容器中, 用牽引卡車或船舶進(jìn)行較長(zhǎng)距離的輸送。在技術(shù)上, 這種運(yùn)輸方法已經(jīng)相當(dāng)成熟。我國(guó)常用的高壓管式拖車一般裝8根高壓儲(chǔ)氣管。其中高壓儲(chǔ)氣管直徑0.6m, 長(zhǎng)11m, 工作壓力20MPa, 工作溫度為-40~60℃ 單只鋼瓶水容積為2.25m3 , 重量2730kg。連同附件, 這種車總重26030kg, 裝氫氣285kg, 輸送氫氣的效率只有1.1%?？梢? 由于常規(guī)的高壓儲(chǔ)氫容器的本身重量很重, 而氫氣的密度又很小, 所以裝運(yùn)的氫氣重量只占總運(yùn)輸重量的1~2%左右。它只適用于將制氫廠的氫氣輸送到距離不太遠(yuǎn)而同時(shí)需用氫氣量不很大的用戶。按照每月運(yùn)送氫252000m3, 距離130公里計(jì), 目前氫的運(yùn)送成本約為0.22元/m3 。對(duì)于大量、長(zhǎng)距離的氣氫輸送, 可以考慮用管道。氫氣的長(zhǎng)距離管道輸送已有60余年的歷史。較早的長(zhǎng)距離氫氣輸送管道1938年在德國(guó)魯爾建成,其總長(zhǎng)達(dá)208公里, 輸氫管直徑在0.15~0.30m之間, 額定的輸氫壓力約為2.5MPa, 連接18個(gè)生產(chǎn)廠和用戶, **發(fā)生任何事故。歐洲大約有1500公里輸氫管。世界較長(zhǎng)的輸氫管道建在法國(guó)和比利時(shí)之間,長(zhǎng)約400公里。目前使用的輸氫管線一般為鋼管, 運(yùn)行壓力為1~2MPa, 直徑0.25~0.30m。經(jīng)過管道輸送氫是較有效的長(zhǎng)距離輸送方法,值得一提的是輸送過程中的氫損失問題。有報(bào)道認(rèn)為管道輸送過程中的氫損失率是同樣距離輸電過程能量損失率(約7.5~8%)的一倍。而美國(guó)普林斯頓大學(xué)的奧格登(Ogden)等人提出, 通過氫氣管網(wǎng)進(jìn)行長(zhǎng)距離能量輸送的成本比通過輸電線送電的成本要低得多。以美國(guó)為例, 我們來比較氫氣管道和天然氣管道。管線長(zhǎng)度美國(guó)現(xiàn)有氫氣管道720公里, 而天然氣管道卻有208萬公里, 兩者相差將近1萬倍管道造價(jià)美國(guó)氫氣管道的造價(jià)為31~94萬美元公里, 而天然氣管道的造價(jià)僅為12.5~50萬美元公里, 氫氣管道的造價(jià)是天然氣管道造價(jià)的2倍多；輸氣成本：由于氣體在管道中輸送能量的大小, 取決于輸送氣體的體積和流速。氫氣在管道中的流速大約是天然氣的2.8倍, 但是同體積氫氣的能量密度僅為天然氣的1/3。因此用同一管道輸送相同能量的氫氣和天然氣, 用于壓送氫氣的泵站壓縮機(jī)功率要比壓送天然氣的壓縮機(jī)功率大很多, 導(dǎo)致氫氣的輸送成本比天然氣輸送成本高。能否利用現(xiàn)存天然氣管道輸送氫氣呢如果能, 則對(duì)氫能的發(fā)展大有好處。實(shí)際上現(xiàn)有的天然氣管道就可用于輸送氫氣和天然氣的混合氣體, 也可經(jīng)過改造輸送純氫氣, 這主要取決于鋼管材質(zhì)中的含碳量, 低碳鋼較適合輸送純氫。天然氣管道壓力比較低（一般0.4MPa左右）, 可以使用價(jià)格較低的塑料管, 如聚氯乙烯(PVC)和新型高密度聚乙烯管。但是, 這些塑料管道不能用于輸氫。全世界許多主要城市都建有這樣的管道, 較初它們是為傳輸城市煤氣到普通家庭而建立的。城市煤氣含有約50%的氫和5%的CO, 較早的城市煤氣管道大約出現(xiàn)在1800年。



二、液氫的輸送

? 當(dāng)液氫生產(chǎn)廠離用戶較遠(yuǎn)時(shí), 可以把液氫裝在**低溫絕熱槽罐內(nèi), 放在卡車、機(jī)車、船舶或者飛機(jī)上運(yùn)輸。這是一種既能滿足較大輸氫量又比較快速、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)氫方法。液氫槽車是關(guān)鍵設(shè)備, 常用水平放置的圓筒形低溫絕熱槽罐。汽車用液氫儲(chǔ)罐儲(chǔ)存液氫的容量可達(dá)100m3, 鐵路用特殊大容量的槽車甚至可運(yùn)輸120~200m3的液氫。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道, 俄羅斯的液氫儲(chǔ)罐容量從25m3~1437m3不等。其中25m3的液氫儲(chǔ)罐自重約19噸, 可儲(chǔ)液氫1.75噸, 儲(chǔ)氫重量百分比為9.2%, 儲(chǔ)罐每天蒸發(fā)損失為1.2%；1437m3的液氫儲(chǔ)罐自重約360噸, 可儲(chǔ)液氫100.59噸, 儲(chǔ)氫重量百分比為27.9%, 儲(chǔ)罐每天蒸發(fā)損失為0.13%。可見液氫儲(chǔ)存密度和損失率與儲(chǔ)氫罐的容積有較大的關(guān)系, 大儲(chǔ)氫罐的儲(chǔ)氫效果要比小儲(chǔ)氫罐好。液氫可用船運(yùn)輸, 這和運(yùn)輸液化天然氣（LNG）相似, 不過需要較好的絕熱材料, 使液氫在長(zhǎng)距離運(yùn)輸過程中保持液態(tài)。美國(guó)宇航局(NASA)還建造了輸送液氫的大型**駁船。駁船上裝載有容量很大的液氫儲(chǔ)存容器。這種駁船可以通過海路把液氫從路易斯安娜州運(yùn)送到佛羅里達(dá)州的肯尼迪空間**中心。駁船上低溫絕熱罐的液氫儲(chǔ)存容量可達(dá)1000m3左右。顯然, 這種大容量的液氫海上運(yùn)輸要比陸上的鐵路或高速公路運(yùn)輸較經(jīng)濟(jì), 同時(shí)也較安全。日本、德國(guó)、加拿大都有類似的報(bào)道。1990年, 德國(guó)材料研究所宣布, 液氫和液化石油氣（LPG）、液化天然氣(LNG)一樣安全, 并允許向德國(guó)港口運(yùn)輸液氫。運(yùn)要**海運(yùn), 因?yàn)橐簹涞闹亓枯p, 有利減少運(yùn)費(fèi), 而運(yùn)輸時(shí)間短液氫揮發(fā)也少。在特別的場(chǎng)合, 液氫也可用專門的液氫管道輸送, 由于液氫是一種低溫(-253℃) 的液體, 其儲(chǔ)存的容器及輸送液氫的管道都需有高度的絕熱性能。即便如此, 還會(huì)有一定的冷量損耗, 所以管道容器的絕熱結(jié)構(gòu)就比較復(fù)雜。液氫管道一般只適用于短距離輸送。







? 在空間*行器**場(chǎng)內(nèi), 常需從液氫生產(chǎn)場(chǎng)所或大型儲(chǔ)氫容器罐輸送液氫給發(fā)動(dòng)機(jī), 此時(shí)較好借助于液氫管道來進(jìn)行輸配。據(jù)介紹, 美國(guó)肯尼迪航天中心就采用真空多層絕熱管路輸送液氫。美國(guó)航天飛機(jī)液氫加注量為1432m3, 液氫由液氫庫(kù)輸送到400m外的**點(diǎn)。39A**場(chǎng)的液氫管道是254mm真空多層絕熱管路, 用20層較薄的鋁箔構(gòu)成反射屏, 隔熱材料為多層薄玻璃纖維紙。管路分節(jié)制造,每節(jié)管段長(zhǎng)13.7m, 在現(xiàn)場(chǎng)焊接連接。每節(jié)管段夾層中裝有分子篩吸附劑和氧化把吸氫劑, 管路設(shè)計(jì)使用壽命為5年。39B**場(chǎng)的254mm真空多層絕熱液氫管路結(jié)構(gòu)及技術(shù)特性與39A**場(chǎng)的基本相同, 其不同點(diǎn)是反射屏材料為鍍鋁聚醋薄膜, 真空夾層中裝填的吸附劑是活性炭, 未采用氧化把吸氫劑。在液氫溫度下, 壓力為133*10-4Pa, 分子篩對(duì)氫的吸附容量可達(dá)160mL(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))/g以上,而活性炭可達(dá)200mL(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))/g。影響夾層真空度的主要因素是殘留的氦氣和氖氣。為此, 在夾層抽真空過程中用干燥氮?dú)舛啻芜M(jìn)行吹洗置換。分析表明, 夾層殘留氣體中主要是氫, 其較高含量可達(dá)95%,其次為N2、O2、H2O、CO2和He。分子篩在低溫低壓下對(duì)水仍有較強(qiáng)的吸附能力, 所以采用分子篩作為吸附劑以吸附氧化把吸氫后放出的水。分子篩吸水量**過2%時(shí), 其吸附能力將明顯下降。



三、固氫輸送

? 用儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)存與輸送氫比較簡(jiǎn)單, 即用儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)存氫氣, 然后運(yùn)輸裝有儲(chǔ)氫合金的容器。固氫有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）體積儲(chǔ)氫密度高；（2）容器工作條件溫和, 不需要高壓容器和隔熱容器；（3）系統(tǒng)安全性好, 沒有爆炸危險(xiǎn)。較大的缺點(diǎn)是運(yùn)輸效率太低（不到1%）。固氫輸送裝置應(yīng)該重量輕、儲(chǔ)氫能力大。如日本大阪氫工業(yè)研究所的多管式大氣熱交換型固氫裝置, 用672kg鈦基儲(chǔ)氫合金, 可儲(chǔ)氫134m3, 儲(chǔ)氫率為1.78%, 氫壓3.3~3.5MPa。德國(guó)曼內(nèi)斯曼公司、戴姆勒奔馳公司采用7根直徑0.114m管式內(nèi)部隔離, 外部冷熱型固氫裝置, 用10噸欽基儲(chǔ)氫合金,儲(chǔ)氫2000m3, 儲(chǔ)氫率為1.78%, 氫壓5MPa。這里的鈦基合金在放氫時(shí), 需加熱較高的溫度。由于儲(chǔ)氫合金價(jià)格高（通常幾十萬元/噸）, 放氫速度慢, 還要加熱, 所以用固氫輸送的情形并不多見。



四、如何提高輸氫效率

? 氫氣的輸送之所以效率低, 原因在于儲(chǔ)氫密度太低。目前各種輸送氫氣的方法實(shí)際是輸送儲(chǔ)存的氫。如果儲(chǔ)氫密度提高了, 輸送氫氣的效率自然也就提高?，F(xiàn)在科學(xué)家大膽設(shè)想氫一電共同輸送, 可望大幅度提高能量輸送效率。該設(shè)想是在特大規(guī)模的太陽(yáng)能發(fā)電中心, 人們首先利用光伏光電或太陽(yáng)能熱發(fā)電獲得大量的電力, 再利用這些可再生能源獲得的清潔電力, 電解水制氫, 繼而液化氫氣得到液氫。利用多層同軸電纜, 同時(shí)輸送液氫和電。電纜中心輸送液氫, 同時(shí)利用液氫較低的溫度保持外層金屬處于**導(dǎo)狀態(tài), 因?yàn)闆]有電阻, 電流通過就不會(huì)發(fā)熱, 就能大規(guī)模輸送電, 也大大減少了輸電的損耗。同軸電纜的較外層是隔熱、絕緣的防護(hù)層。在我國(guó)西北沙漠發(fā)展太陽(yáng)能電廠, 同時(shí)生產(chǎn)液氫和電, 然后輸送到我國(guó)東部沿海地區(qū), 有*預(yù)測(cè)這一設(shè)想一旦實(shí)現(xiàn), 會(huì)大大改變我國(guó)的能源格局。



五、可能的氫氣輸送的其它途徑

? 有效地輸送氫氣有無較好的辦法呢？*們已經(jīng)設(shè)計(jì)并試驗(yàn)了沒有氫氣的氫輸送系統(tǒng)即首先將氫轉(zhuǎn)化為某種液體形式, 如環(huán)己烷、甲醇、氨等, 然后將這些液體送到用戶, 就地制氫, 從而實(shí)現(xiàn)氫的高效輸送。當(dāng)然要根據(jù)具體情況進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證后, 才能決定是否采用。 氣體打壓需要的設(shè)備有空壓機(jī)、壓力表、氣壓計(jì)、毛刷、小桶及其它設(shè)備氣焊、管鉗等。氣體打壓時(shí), 準(zhǔn)備工作要充分, 還要準(zhǔn)備一些閥門等備用。 氣體打壓需注意的問題有：1 打壓前清場(chǎng)無關(guān)人員不要在現(xiàn)場(chǎng)；2 輸氣管路應(yīng)避免急彎, 試驗(yàn)開始時(shí)要及時(shí)通知所有人員；3 壓力表等儀器要靈敏；4 注意空壓機(jī)的工作。 為了確保打壓的安全性, 開始應(yīng)進(jìn)行氣壓預(yù)試驗(yàn)。連接空壓機(jī)和管路系統(tǒng), 注意壓力表的指針讀數(shù), 壓力應(yīng)緩慢上升, 升至0.15MPa穩(wěn)定10分鐘。觀察壓力的變化, 如果壓力下降較快, 應(yīng)馬上進(jìn)行檢驗(yàn), 查找泄露點(diǎn)并用閥門將單路集熱器截?cái)? 在泄露處作上記號(hào), 繼續(xù)觀察。當(dāng)沒有出現(xiàn)較快下降時(shí), 可以緩慢上升壓力到0.4MPa。氣體打壓試驗(yàn)必須符合《工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50235-97)的規(guī)定。嚴(yán)禁氣體打壓時(shí)現(xiàn)場(chǎng)無人看守。 空壓機(jī)停止工作, 修復(fù)泄露點(diǎn)后, 再進(jìn)行打壓。一般情況下, 用氣壓合格后, 系統(tǒng)基本不會(huì)出現(xiàn)問題。系統(tǒng)需要運(yùn)行, 可以直接充入防凍液, 進(jìn)行液體打壓, 要求10分鐘內(nèi)壓力降不大于0.02MPa, 然后降至工作壓力檢查, 壓力應(yīng)不降漏。充人液體時(shí)要有防止真空管冷熱沖擊的措施。



? 從實(shí)際應(yīng)用看, 氣壓試驗(yàn)的效果明顯、簡(jiǎn)單可靠, 可以解決冬季管道用水打壓凍裂的難題, 保證工程按時(shí)完工在非冬季的承壓工程中也可使用氣壓試驗(yàn), 能有效避免液體泄露可能對(duì)用戶造成的損失。



廣東醇?xì)湫履茉囱芯吭河邢薰臼羌状贾茪湓O(shè)備與技術(shù)的專業(yè)供應(yīng)商，產(chǎn)品氫氣主要應(yīng)用于：粉末冶金、金屬冶煉、新能源、燃料電池、化工、多晶硅、工業(yè)氣體、電子、制藥、浮法玻璃、食品加氫、**、航天、環(huán)保等領(lǐng)域。