二维材料调控阻氢涂层研究进展

在涉氢应用领域,氢及其同位素的渗透导致结构材料氢损伤、能源浪费及核污染等诸多问题,在结构材料表面覆盖阻氢涂层是解决氢渗透问题的重要技术手段。总结了传统阻氢涂层的特性及其阻氢效果,并阐明了传统阻氢涂层仍然存在的效率低及寿命短等问题。最新研究表明,石墨烯等二维材料薄膜具有很强的阻挡特性,多层堆垛结构效果尤其明显,可作为优异的阻氢材料,而传统阻氢涂层兼具有一定的吸附储氢性能。通过对氢渗透机理的分析提出引入二维材料作为阻氢层,并结合传统阻氢涂层的储氢特性构建新型阻氢结构模型,阐述了阻氢层的制备应用现状及储氢层的储氢机理,同时探讨了针对不同应用背景下新型阻氢结构的不同形式与应用效果,最后展望了新型阻氢结构涂层在不同应用领域下的应用前景。     

有机氢供体重整制氢在纤维素降解制生物基化学品中的研究进展

以有机氢供体为氢源代替高纯H_2用于纤维素降解制生物基化学品是当前纤维素氢解的一种具有很好应用前景的新方法。综述了3种低碳醇甲醇、乙醇、异丙醇和小分子富氢酸这几类氢供体应用于纤维素氢解制备化学品及其机理的研究进展,对比了以醇类作为有机氢供体的绿色氢解和常规氢解(以高纯氢为氢源)的优缺点,并对有机氢供体重整在纤维素氢解制备生物基化学品的应用前景进行展望。     

有机氢供体重整制氢在纤维素降解制生物基化学品中的研究进展

以有机氢供体为氢源代替高纯H_2用于纤维素降解制生物基化学品是当前纤维素氢解的一种具有很好应用前景的新方法。综述了3种低碳醇甲醇、乙醇、异丙醇和小分子富氢酸这几类氢供体应用于纤维素氢解制备化学品及其机理的研究进展,对比了以醇类作为有机氢供体的绿色氢解和常规氢解(以高纯氢为氢源)的优缺点,并对有机氢供体重整在纤维素氢解制备生物基化学品的应用前景进行展望。     

氢系统关键氢阱最优氢浓度的确定

氢气网络优化时一般将氢阱氢浓度降低至最低限制浓度,以获取最大可能的节氢效果,然而这会降低系统操作弹性。分析了在氢阱氢浓度降低的过程中,有可能出现夹点位置的改变,从而导致节氢量-氢阱氢浓度曲线斜率的减小以及氢气网络中要考虑的其他经济因素,提出了在氢阱氢浓度降低过程中找出最优浓度并在此浓度下进行系统优化的方法,使得氢阱氢浓度降低幅度不大但系统的节氢效果较为显著。以某炼厂为例,通过选择关键氢阱,分析该关键氢阱氢浓度与系统节氢量的关系,确定最优浓度,系统优化后节氢量为42.81 mol·s^-1,占现行系统新氢用量的21.58%。结果表明,该方法可在氢阱氢浓度降低较小的情况下实现较好的节氢目的。     

基于金属氢化物固态氢源的氢燃料电池动力系统特性的研究

以基于金属氢化物的固态储氢技术,与质子交换膜燃料电池(PEMFC)耦合,搭建了基于金属氢化物固态氢源的氢燃料电池动力系统试验台,测试了吸氢压力、放氢温度、氢流量等关键操作参数对氢燃料电池动力系统性能的影响。结果表明,当吸氢压力大于等于0.60 MPa时,固态储氢反应器放氢流量稳定的时间最长可达4500 s以上。当放氢温度大于60℃时,储氢反应器能完全释放氢气,且放氢时间基本相同。放氢流量越小,氢燃料电池动力系统稳定工作的时间越长。     

正仲转化换热一体化大规模氢液化流程模拟

针对实际氢液化工厂存在的能源消耗高、产量小的问题，氢正仲转化催化和热交换一体化技术出现在许多新概念的氢液化循环中。文中采用氢膨胀制冷的氢液化循环，针对催化剂填充在换热器中及使用独立转化器2种氢液化流程进行研究，使用Aspen HYSYS搭建了2种液化系统，对比分析其在能耗、■效率、氢液化率的差异。结果表明：与设置独立转换器的氢液化系统相比，一体化流程的单位能耗降低了6.6%,■效率提高了27.76%,氢液化率提高了48.7%。一体化氢液化流程设备更加简单，投资成本更低，发展前景广阔，为一体化氢液化流程的应用提供了理论参考。     

沸石贮氢技术的研究进展

综述了利用沸石进行贮氢的研究进展。从沸石的晶体结构、氢吸附机理、热物理学性质以及实验和理论等方面讨论了沸石贮氢的机理和性能,预测了沸石作为贮氢介质的应用前景,提出了新的贮氢方法及沸石贮氢在实际应用中存在的问题和今后研究的发展方向。     

燃料电池供氢系统的研究进展

论述了氢氧燃料电池供氢系统的整个流程,从产氢、储氢、供氢管路以及用氢安全几个主要方面对氢氧燃料电池的供氢系统进行分析。其中对产氢与储氢部分对比了工业生产氢气与车辆自载供氢的特点,着重分析了车载储氢罐式供氢管路,对传统管路提出了改进意见。     

二维材料调控阻氢涂层研究进展

在涉氢应用领域,氢及其同位素的渗透导致结构材料氢损伤、能源浪费及核污染等诸多问题,在结构材料表面覆盖阻氢涂层是解决氢渗透问题的重要技术手段。总结了传统阻氢涂层的特性及其阻氢效果,并阐明了传统阻氢涂层仍然存在的效率低及寿命短等问题。最新研究表明,石墨烯等二维材料薄膜具有很强的阻挡特性,多层堆垛结构效果尤其明显,可作为优异的阻氢材料,而传统阻氢涂层兼具有一定的吸附储氢性能。通过对氢渗透机理的分析提出引入二维材料作为阻氢层,并结合传统阻氢涂层的储氢特性构建新型阻氢结构模型,阐述了阻氢层的制备应用现状及储氢层的储氢机理,同时探讨了针对不同应用背景下新型阻氢结构的不同形式与应用效果,最后展望了新型阻氢结构涂层在不同应用领域下的应用前景。     

馏分油氢转移能力的测定与分析

采用管式反应器考察了三种馏分油的受热氢转移能力,用气相色谱分析反应产物,并根据实验结果改进了氢转移能力的计算方法。结果表明:不同的馏分油/探针比,测得的馏分油氢转移能力不同,随着馏分油/探针比的增大,氢转移能力大体呈先减小后不变的趋势;馏分油的氢转移能力与其结构组成密切相关,三种馏分油的供氢能力与其α氢含量顺序一致BCA,夺氢能力与β氢、芳炭率fA、缩合度大小顺序一致CBA。综合考虑供氢能力和夺氢能力,三种馏分油的供氢指数大小顺序为BAC。     

我国氢能产业发展和氢资源探讨

分析了我国氢能产业近期发展情况,我国氢能产业正步入快速发展机遇期。指出氢能是21世纪最具发展潜力的一种清洁二次能源,具有"清洁、高效、安全、可持续"四大特点,被誉为未来世界能源架构的核心。重点讨论了我国氢资源和绿色氢气制备问题,指出目前实际使用的氢气包括"灰氢""蓝氢"和"绿氢"三大类,显然"灰氢"不可取,"蓝氢"可以用,"废氢"可回收,"绿氢"是方向。讨论了加快氢能系统建设,建立发展氢气存储和运输系统及加氢站基础设施建设等问题。未来,我国氢能产业发展潜力巨大,但是在下决心大力发展氢能产业时,需要高度注意目前存在的实际情况和困难,要防范一系列的产业风险,做到有序发展,稳中有进,才能实施氢能产业的可持续发展。     

氢能储存技术最新进展

氢能是全球能源技术革命的重要发展方向,在氢能产业发展过程中,开发高效、安全和低成本的氢能储存技术是实现大规模用氢的必要保障和关键。本文综述了当前主流的四种氢能储存技术,即高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢、固体材料储氢的原理和技术特点,分析整理了这几种储氢技术的优缺点,讨论了各类储氢方式的最新研究现状和面临的关键挑战,并对未来储氢技术的优化和发展趋势进行了展望。可以发现,为了提高储氢量,研究人员都将重心放在开发具有成本效益、提高能量密度的储氢技术上。其中,高压气态储氢应着力开发低成本、高性能的碳纤维复合材料,降低Ⅳ型瓶的成本;低温液态储氢应把研究重点放在降低液压成本以及寻求廉价易得的保温材料上;对于有机液态储氢来说,寻求高效催化剂可以大幅度提高其储氢能力;固体材料储氢应着力研发高效催化剂,寻求可以提高氢气与材料相互作用力的途径。政府、企业及科研院应大力推进储氢技术的研究,加速氢能产业发展,早日实现碳中和目标。     

风力发电制氢与氢气网络耦合系统的氢气波动平抑特性分析

将可再生能源发电制氢集成于炼厂氢气系统中,不仅可替代部分氢气公用工程以满足炼厂的氢气需求,同时也可为炼厂中旋转设备提供电能,但可再生能源发电制氢的波动性将影响氢气网络的稳定运行。为了探究风力发电制氢与氢气网络集成中两个子系统平抑风能波动的特性,本文构建了集成风力发电制氢的氢气网络数学优化分析模型,研究了氢气网络平抑风力发电制氢波动的经济性和系统结构特性。研究表明,为了适应可再生能源发电制氢的波动,氢气网络需要更加复杂的网络结构,且风力发电制氢输出的电力和氢气经储能电池和氢气储罐的缓冲调节后仍存在较大波动,氢气网络仍需通过调节公用工程和燃气系统来实现氢气网络的稳定运行。     

厂际氢气网络多周期集成的分步优化方法

厂际氢气系统集成对于化工园区合理配置氢气系统和氢气资源具有重要意义。针对化工园区中多厂氢气网络多周期优化设计的问题,提出了一种三步求解策略优化设计多厂氢气网络的多周期优化设计。该方法首先采用厂际氢气网络的单周期优化模型获取各子周期下的氢气公用工程的传输量,然后采用单厂氢气网络的多周期优化设计模型获得各厂内的氢气系统结构,最后采用厂际氢气系统的多周期优化设计模型确定化工园区中厂际氢气系统的网络结构和氢气调度方案。研究表明,所提出的多厂氢气网络多周期优化设计方法可有效解决厂际氢气网络的优化设计问题,该策略在不增加氢气系统结构复杂度的前提下,可以获得较好的经济性,并可提高优化模型求解的计算效率。     

制氢加氢“子母站”建设规划浅析

通过简要介绍制氢加氢合建站规划设计的现实意义和国内外加氢站发展现状,提出制氢加氢“子母站”的概念。本文简要介绍了制氢加氢“子母站”的建设模式,即制氢加氢“子母站”采取分布式供氢模式,“母站”制氢加氢集成为一体,“子站”作为纯加氢站,“母站”与“子站”之间采用长管拖车运输,“母站”为制氢加氢一体站,“母站”总装置内的供氢单元主要考虑采用天然气制氢、甲醇制氢和电解水制氢3种模式。简要分析了天然气制氢、甲醇制氢、电解水制氢技术的优缺点,并从氢气的生产成本、氢气的储运成本、制氢加氢“子母站”中制氢站的建设成本、运营成本等几方面进行了较为详细的成本分析。通过供氢模式的特点和成本分析,提出以水电解制氢、甲醇制氢、天然气制氢装置作为氢源的制氢加氢“子母站”为适宜我国能源结构的新型氢能利用模式。     

我国典型城市氢能经济性和低成本氢源探索分析

氢能经济性一直是氢能与燃料电池汽车产业发展关注的重点。本文构建了一种简洁、有效的加氢站氢气成本计算模型,可适用于现阶段已投入运行的加氢站经济性研究计算。应用该成本计算模型,通过实地调研,本文得到了张家口、郑州、盐城、佛山等地典型加氢站的氢气成本,经对比分析可知,由于氢气来源、储运距离、应用端市场规模等现实条件不同,加氢站的氢能经济性具有很大差异。为进一步提升氢能经济性、探索加氢站氢气成本低于40CNY/kg的可行性,本文以张家口市氢气来源于风电电解水制氢的某加氢站为例,详细分析其氢气成本构成情况,得出低成本氢源开发对于降低加氢站氢气成本具有重要意义。本文还根据氢能产业发展现状和在交通领域的应用前景,从降低氢气制取成本、氢气储运成本、加氢站固定资产折旧及运营成本等方面为进一步提升氢能经济性、降低加氢站氢气成本提出建议。     

炼油厂氢气成本及利用效率研究

高效利用氢气是提高炼油企业竞争力的关键因素之一。研究不同原油价格体系下常规制氢方式的氢气成本以及炼油装置氢气消耗与氢气产出,结果表明,煤炭或者石油焦POX制氢在较高油价下可以提供相对廉价的氢气来源。在科威特原油基础上设计的渣油脱碳型、渣油加氢型以及两者组合型4个加工方案,采用轻油差值与氢耗差值的比值来表示氢气利用效率,模拟结果表明,渣油加氢型加工流程的氢气利用效率高于渣油脱碳型加工流程,其中渣油加氢、催化裂化、小型焦化炼油加工流程的氢气利用效率最高,渣油加氢、催化裂化、小型溶剂脱沥青加工流程的氢气利用效率居中。     

水合物储氢的研究进展

氢作为一种清洁能源,越来越受到人们的重视,氢能利用技术的需求日益迫切。氢能的利用关键挑战在于氢气的储运,促进剂作用下氢气水合物可使氢气在相对温和的温压条件下安全、长期地储存,为储氢提供了一种选择。水合物储氢因其安全环保的特性具有巨大的工业化应用潜力,其目前工业化应用的两个关键问题即为储氢密度与储氢速率。本文首先回顾了氢气水合物的研究历程,阐述了几种常见氢气水合物的相平衡数据,然后归纳了不同晶型氢气水合物的储氢密度,最后总结了物理方法强化与化学方法强化对水合物储氢速率的影响,通过对近年来水合物储氢评估与总结,提出了当前水合物储氢存在的问题与未来研究方向,以期为水合物储气的工业化应用和氢气水合物的研究提供参考。     

化石原料制氢技术发展现状与经济性分析

对煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢以及工业副产回收氢气等化石原料制氢技术发展现状进行了详细分析,研究对比了几种化石原料制氢技术的生产成本与经济性,并对化石原料制氢产业发展前景进行了深入思考,总体认为：煤制氢具有资源成本优势,是实现大规模制氢的首选技术;天然气制氢发展潜力大,但目前存在资源约束和成本较高的问题;工业副产回收氢气是未来颇具发展潜力的制氢方式;甲醇制氢规模灵活,但存在设备成本高、稳定性较差等不足。在当前太阳能等新能源制氢技术尚未成熟的现实条件下,化石原料制氢必将担当主要角色,未来氢能产业必将是化石原料制氢与电解水制氢、新能源制氢多种方式共存、多元化发展的供给格局。