理论教育 氢气储存技术关键问题解析

氢气储存技术关键问题解析

时间:2023-11-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:部分环烷烃及其反应热见表10-2。早期关于化学氢化物作为储氢介质的研究认为化学氢化物不能被循环利用的原因也在于此。另外,为降低脱氢能耗,希望在不降低脱氢催化剂脱氢效率和使用寿命的同时,催化剂也具有良好的低温活性。实现可逆循环利用环烷烃用于储氢的关键是于脱氢过程。如何减少贵金属催化剂的使用,降低脱氢催化剂的成本,同时使催化剂具有高转化率、高稳定性、抗结焦失活,可循环利用等特征,就成为这一技术的关键所在。

氢气储存技术关键问题解析

液体有机物储氢过程包括芳烃加氢和环烷烃的脱氢。由于芳烃的加氢过程时Gibbs自由能减少的过程,而且绝对值往往很大,热力学上极为有利,芳烃加氢过程的转化率和选择性都很高,转化率甚至可以达到100%。目前,芳烃加氢工艺比较完善,已经实现了工业化。2000年,美国、西欧和日本把12%、12%和15%左右的苯都用于生产环己烷,折算成质量分别为10516万t、2010万t和6513万t。

液体有机氢化物中用于作为储氢介质的环烷烃通常有甲基环己烷(methylcyclohexane),环己烷(cyclohexane)、萘烷(decahydronaphthalene)、四氢化萘(terahydronaphthalene)、环己基苯(cyclohexylbenzene)、双环己烷(1,1′-bicyclohexyl)、1-甲基萘烷(1-methyldecalin)等。部分环烷烃及其反应热见表10-2。

表10-2 几种潜在可用于储氢的环烷烃及其反应吸热量

978-7-111-38715-2-Chapter10-15.jpg(www.daowen.com)

脱氢反应是强吸热的非均相反应,需要在低压高温非均相条件下反应,受传热传质和反应平衡极限的困扰。早期关于化学氢化物作为储氢介质的研究认为化学氢化物不能被循环利用的原因也在于此。而现在多采用的脱氢催化剂Pt-Sn/γ-Al2O3,在较高温度下,尤其是随车供氢的温度、进料量都可能随时间变化的非稳态操作的苛刻条件下,极易积炭失活。另外,为降低脱氢能耗,希望在不降低脱氢催化剂脱氢效率和使用寿命的同时,催化剂也具有良好的低温活性。但现有催化剂的高温活性稳定性和低温脱氢活性还很难令人满意。

脱氢过程可能发生副反应如氢解反应,使环状结构的氢化物转化为C1-C5的低分子有机物。过高的脱氢温度也给随车过程带来困难,降低了能量利用效率。实现可逆循环利用环烷烃用于储氢的关键是于脱氢过程。如何减少贵金属催化剂的使用,降低脱氢催化剂的成本,同时使催化剂具有高转化率、高稳定性、抗结焦失活,可循环利用等特征,就成为这一技术的关键所在。此外,选择合适的反应模式以及优化的脱氢工艺以解决传热和传质问题,提高脱氢速率和产率,核算用于车载燃料或者季节存储的经济合理性也是目前研究关注的热点

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