氢气的制取与固体储集研究进展

氢气是一种优质燃料,也是一种清洁和可持续的能源。目前全球氢能发展已迈入新的阶段,欧美日韩和我国都在加紧战略布局。为了加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系,通过文献调研的方式研究了氢气在地下的生成机制及分布、氢气的人工制取及储集尤其是固体储氢等若干问题。研究结果表明:(1)氢气在地下的生成机制目前尚未明确,被认为主要与超镁铁质岩的蛇纹石化有关,此外也与水的辐射分解、断层机械摩擦等有关,氢气浓度高的气田主要分布在大陆裂谷系、火山岩广泛分布的沉积盆地等;(2)目前工业制氢主要采用甲烷气制氢和电解水制氢,而最理想的方法则应为太阳能制氢和生物制氢,但在目前的技术条件下还难以达成,实验室在一定的温度、压力条件下可以通过橄榄岩的蛇纹石化得到氢气;(3)固体储氢是通过吸附氢气或使氢气与材料反应来达到储氢目的的方式,然后通过加热或减压方式来释放氢气;(4)固态储氢密度可达相同温度、压力条件下气态储氢的1 000倍左右,能很好地解决传统储氢密度低的问题且吸放氢速度适宜,具有安全性高的优点,目前的固态储氢材料主要有碳质储氢材料、合金储氢材料和络合物储氢材料等。结论认为,氢能产业目前在我国尚处于起步阶段,技术和成本是决定制氢和储氢的关键因素;基于现状,应将氢能与可再生能源技术有机结合,以实现"灰氢"到"绿氢"的转化。     

常温下增强碳基吸附材料储氢量技术的研究进展

综述了近年来增强碳基吸附材料储氢量技术的研究进展。碳基吸附材料的吸附储氢技术具有安全可靠、储仔容器重量轻、形状选择余地大和储存效率高等优点,因此碳基吸附材料成为较为理想的储氢材料。而在常温条件下碳基吸附材料的储氢量极低,使其应用受到了限制。介绍了目前在常温下增强碳基吸附材料储氢量的氢溢流技术、电化学技术和电场增强吸附技术。目前这些技术均处在实验室研究阶段,在有效提高碳基吸附材料储氢量的基础上解决成本、安全和实际应用等问题后,便可加快氢能源大规模利用的进程。     

新型固体储氢材料的研究进展

在碳中和的背景下,开发和利用可再生清洁能源已成为全球共识。氢气由于其燃烧时只产生水且热值高、无污染而被认为是较理想的清洁能源,受到全球广泛关注,但安全有效地储存和运输氢气的方法与技术仍然面临重大挑战。通过文献调研,简要介绍了几种固体储氢的新型材料和方法,包括纳米结构多孔碳储氢、生物质合成多孔碳储氢、天然矿物及其加工材料储氢、笼型水合物储氢和沸石-冰储氢等,分析了上述储氢材料和方法的优缺点,对未来可用的良好的储氢材料进行了展望,以期为解决储氢、运氢问题提供新思路。     

有机液体储氢体系研究进展

有机液体储氢技术是利用液态有机储氢载体进行加（脱）氢反应，在常温常压下实现大规模、远距离氢气安全储运的技术，被国际能源署推荐为国际氢气贸易和远程氢气运输的最佳方式之一。但是目前有机液体储氢技术还存在加（脱）氢反应过程缓慢、脱氢温度高、储氢体系循环率低以及高度依赖贵金属催化剂等缺点。本文首先对常见的有机氢载体进行分类，并分析了各种有机氢载体的物理化学性质及其在加（脱）氢反应中的特征差异，然后从加（脱）氢反应机理和催化剂的研究等方面对有机液体储氢体系的研究现状进行了总结，最后对有机液体储氢技术的发展前景进行了展望。     

用纳米镁颗粒制成的储氢材料性能更好

<正>尽管氢化镁是一种很有前途的固体储氢材料,但其缓慢的吸附动力学性能限制了它的应用。最近的研究结果显示,镁颗粒越小,吸附动力学性能越高。由于在吸附过程中体积变化会产生应力,从而导致塑性形变。人们早已知道较小镁纳米颗粒的储氢性能较好,但不清楚其原因,一些人认为这是总表面积较大所致。中国和美国的研究人员利用原位透射电镜测试了不同尺寸的纳米镁颗粒的机械性能,以获得设计纳米颗粒并改善其性能     

环戊烷-氢气水合物形成过程研究

利用定容恒温法研究了两种体系(1)氢气-环戊烷-水混合液体系;(2)氢气-环戊烷水合物颗粒体系(两种体系中环戊烷与水的摩尔比均为1:17)在2.0℃、10～18 MPa下环戊烷-氢气水合物的形成特性,比较了两种体系中水合物的形成过程,并计算了储氢量(氢气在水合物中的质量分数)。实验结果表明,在上述条件下,不同体系中环戊烷-氧气水合物的形成速率不同,在氢气-环戊烷水合物颗粒体系中水合物的形成速率相对较快,且在同等条件下储氢量也大,最大储氢量为0.27%。两种体系中形成的环戊烷-氢气水合物的储氢量均随初始压力的升高而增加。最后分析了两种体系中环戊烷-氢气水合物的形成机理。     

2种零维碳材料对Li-Mg-B-H体系储氢性能的影响

固态储氢材料中,Li-Mg-B-H体系因放氢路径简单以及具有较高的理论储氢量成为研究的热点,但仍面临着吸放氢反应过程中放氢温度高,放氢动力学性能差等问题。以金属Mg粉作为初始原料,添加2种不同种类的零维碳材料,通过氢化燃烧的方法制备了均匀分散的纳米镁基粒子;进一步采用高能球磨的方法,与LiBH₄复合构建复合储氢材料2LiBH₄-MgH₂@C。研究发现,以上两步法构建的复合储氢材料的储氢性能得到了极大的改善。进一步通过研究吸/放氢动力学、热力学以及循环性能,探索了不同种类的零维碳材料对Li-Mg-B-H体系储氢性能的影响以及作用机制。研究表明,2种零维碳材料的添加不仅为反应粒子提供活性位点,促进储氢粒子的附着、锚定以及成核,同时能够在吸/放氢过程中有效抑制储氢粒子的团聚,进而对复合储氢材料的吸放氢性能起到了积极的促进作用。     

基于化学吸附机制的固态储氢技术研究与展望

氢储运技术是影响氢能规模化、商业化应用的关键核心技术，也是影响世界清洁能源产业未来发展格局的重要因素。对比当前几种氢储运技术，固态储氢技术以其高质量密度、高安全性，在氢储运领域占有重要地位。基于化学吸附机制储氢原理，介绍了不同固态储氢材料的研究进展和现状，并从原材料、技术成熟度、研究项目和专利数量等，展望了未来国内固态储氢技术的发展前景。     

高压储氢容器及输送管道选材与设计标准综述

氢脆是接触高压氢气的金属材料发生材料力学性能劣化的现象，是高压氢气压力容器和压力管道运行中的高危失效因素，而材料的选择和设计是控制氢气容器及管道氢脆风险的主要措施。为总结提炼现行工程规范对高压储氢容器及管道选材和设计的特殊考虑，调研了多项国内外涉及高压氢气容器和管道的标准，重点归纳了适用范围、选材及关键设计要点；通过国内外相关标准的对比分析，指出国内尚缺乏系统性的标准体系，建议现阶段高压氢气压力容器和压力管道设计按美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers, ASME)相关标准开展选材和设计，并进一步开展基于性能的设计及相应的材料测试方法研究。     

基于过程模拟的加氢站卸气和充装过程研究

氢气卸气和充装是加氢站主要的工艺操作过程。研究发现，加氢站的卸气过程中，储氢容器容积配比及操作顺序对取气率有影响。若按高压、中压和低压顺序卸气时，储氢容器容积配比为2(高压)∶3(中压)∶4(低压),长管拖车的取气率达到了63%;高于总水容积相同但储氢容积比变为1∶1∶1时的取气率。若按高压、中压和低压顺序卸气模式，其取气率比按低压、中压和高压相反顺序的取气率略高。在对氢燃料电池汽车进行氢气充装时发现，按照由低压到高压储氢容器充装模式，两种罐容比(2∶3∶4和1∶1∶1)下的取气率大致相当。另外，采用加氢机直充方案充装氢气时，其取气率高于用储氢罐方案的取气率，可通过增加加氢机单机能力或多台机并联的方式满足高峰时段的加注需求。此研究结论可为加氢站工程设计、标准制定及现场运维提供数据支持和指导。     

氢能地下储存技术进展和挑战

在“双碳”目标下绿色无污染、高能量密度的氢能已成为能源产业未来发展的重要趋势,地下储氢是一项很有前景的大规模氢能储存技术。通过综述地下储氢概念的提出和矿场实践研究现状,深入剖析了盐穴储氢、含水层储氢、枯竭油气藏储氢及废弃矿井储氢的储存模式及特征,从多角度对比分析了各自优缺点。天然气的地下储存可为储氢提供技术经验,但二者又存在明显区别。通过系统研究地下储氢的可行性,详细阐述了地下储氢在盖层密封性、井筒密封完整性及储层化学反应等方面存在的难点和挑战。基于以上研究和分析,指出了地下储氢发展存在的难题,展望了地下储氢的未来发展前景,提出了加强盖层地质力学完整性、井筒完整性研究以及加快储层岩石、流体与氢气的地球化学和微生物反应评估等对策建议,以期为中国氢能地下储存提供参考。     

纳米结构镁合金的研究与应用

在镁合金中运用纳米技术可以提高合金的力学性能、储氢性能及其他性能。概述了纳米材料定义与分类、纳米材料的结构、表面纳米化的制备方法、镁及镁合金表面纳米化;综述了纳米材料研究现状与应用进展,重点介绍了纳米技术在镁基结构材料、储氢材料、防火涂料中的应用,在碳纳米管镁基复合材料中的应用,以及在梯度纳米结构镁合金中的研究与应用。     

山西突破煤层气催化裂解制备纳米碳材料技术

<正>2015年10月23日,位于山西省阳泉市的中兴环能科技有限公司在"煤层气催化裂解零排放制备纳米碳材料"项目中取得突破,成功生产出千克级的纳米碳材料,成为可以实现纳米洋葱碳材料量产化的企业。该项目将煤层气(主要成分为甲烷)经过催化、裂解技术,转变成纯净的氢气和纳米碳材料,通过变压吸附分离氢气和甲烷在特定催化剂上各类     

高强度低合金钢氢脆预防措施

提出了高强度低合金钢氢脆的预防措施。针对高强度低合金钢氢脆的内部影响因素,预防的主要方向为提高材料本身的抗氢脆性能,预防措施主要为钢种选择和成分控制、控制强度并提高韧性、组织优化和晶粒细化、提高表面粗糙度并减少缺陷等。针对高强度低合金钢氢脆的外部影响因素,预防的方向主要为降低氢的吸附和渗透,预防细则主要为添加微量抑制剂降低氢气的活性和吸附性能,以及对材料表面进行喷丸强化和施加涂层降低氢的渗透等。这些氢脆预防措施可为高压氢气储运系统的科学设计提供借鉴和参考。     

大型炼厂气变压吸附(PSA)提氢装置的优化改造

某炼厂气变压吸附(PSA)提纯氢气装置吸附剂寿命短、吸附性能差、产品氢气纯度和氢气回收率低,故障自动诊断切塔专家系统设计有缺陷造成吸附塔压力大幅波动。通过更换全部吸附剂,提高产品氢气纯度和氢气回收率;通过更换故障自动诊断处理专家系统,消除装置故障切塔过程中的非正常压力波动,提升装置安全性;通过更换自适应优化控制系统,装置产品质量控制更稳定,提升装置运行经济性。改造获得了良好的效果,年增产高质量氢气产品超过1000万Nm^3,改造后运行3年装置的各项操作指标均没有下降。     

氢能源的生产储备及国内外氢经济的发展对比和前景

氢能源是现代能源发展的一个新趋势,是取代化石能源的重要研究方向。如何制备氢气以及如何储存氢能是氢能源开发所面临的最大问题,生物质分解制氢法和新储氢材料的开发是最有经济效益和环境效益的方法。本文还概述了国内外对氢能源开发的研究进展,最后对国内氢能源的发展现状和改善方法进行了阐述。     

燃料电池车辆用氢气的储存技术进展

对国内常用的燃料电池车辆用氢气的高压气态、低温液态、固态、有机物液体四种储氢技术进行了简要叙述,介绍了燃料电池车辆用氢气的现有的质量控制标准和燃料电池车辆用氢气质量的检测方法,为燃料电池车辆氢气安全储存和正确使用提供了参考.     

地下储氢库发展现状及气藏型储氢库高效建库十大技术挑战

地下储氢技术利用地下构造空间实现氢气大规模高压气态储存，具有安全性高、成本低、规模大、周期长的优势，但中国地下储氢库研究起步较晚，尚无地下构造空间储氢实践，亟待形成完整的地下储氢库高效建库方案。为此，在总结国内外用于地下储氢构造空间的类型，回顾地下储氢技术发展历史与现状的基础上，系统梳理了气藏型储氢库高效建库亟待解决的十大技术挑战，研究结果表明：(1)气藏型地下储氢库的潜在库址与新能源发电资源具有高度的空间重合，便于绿电就地消纳，最适宜我国大规模发展；(2)气藏型地下储氢库高效建库需重点解决十大技术挑战，即完整性与选址地质评价、氢气与储层介质的反应机理、氢损耗及氢纯度对储氢效率的影响、垫层气类型与占比优选、注采渗流理论与库容设计、氢用特种管材及管道工程关键技术、建库及注采工程关键技术装备、运行期监测与动态分析、风险评估与应急处置方案、生命周期评估等。结论认为：(1)中国发展地下储氢库具有潜在枯竭/衰竭气藏库址众多的资源优势，复杂地质条件储气库创新实践的技术优势，氢能产业链上下游协同发展的产业优势和未来市场应用前景广阔的规模优势，具备实现工业化发展的条件和基础；(2)针对气藏型储氢库建库...     

汽车加氢站雷击事故后果模拟分析

分析了雷击引起汽车加氢站储氢压力容器的危险性，运用喷射火模型和蒸气云爆炸模型对储氢压力容器遭受雷击泄漏氢气引起火灾爆炸事故后果进行了模拟计算和分析。结果表明：储氢压力容器发生喷射火时致死区、重伤区、轻伤区、危险区分别为1.585,1.941,2.745,4.853 m;发生爆炸的死亡、重伤、轻伤半径较大，分别为3.24,31.16,48.43 m。从伤害半径数据可以推断雷击储氢压力容器均可造成严重的事故后果。加氢站在日常运营中需要保持防雷装置的良好工作状态，加强重大危险源的风险管控。     

氢气提纯装置吸附剂在线热氮气再生及效果

介绍了中国石油化工股份有限公司金陵分公司氢气提纯装置（PSA）在吸附剂吸附效果下降,氢气纯度不能满足装置运行要求,采用工艺调整和原工艺配套的真空再生仍无法改善的情况下,首次采用在线热氮气再生技术,在装置不停工的前提下对吸附效果比较差的7个吸附塔分别进行了热再生,再生过程中吸附剂上的烃得到了比较好的脱附,再生后吸附剂吸附效果得到了较好的恢复,氢气纯度由95.00%（φ）提高至98.90%（φ）,氢气回收率由90.94%提高至92.46%,达到了预期的再生效果。