气氢储存和液氢的生产、储存方法.pdf

气氢储存和液氢的生产、储存方法
氢能源开发及利用（三）2
3 氢燃料的制取和储存（续）
3．2 氢燃料的储存
氢能作为一种清洁燃料，是非常理想的含能体二次能
源。它正以其独特的优点逐步走近人类的生活。人们越来
气氢储存和液氢的生产、储存方法
氢能源开发及利用（三）2
3 氢燃料的制取和储存（续）
3．2 氢燃料的储存
氢能作为一种清洁燃料，是非常理想的含能体二次能
源。它正以其独特的优点逐步走近人类的生活。人们越来
越多的开始谈论“氢能时代”的到来。到那
时，这种地球上存在最多的元素，将从到处存在的化合物
状态转变成遂手可得的纯氢状态。其关键在于人们能找到
一种简单、低成本的储存解决方案。
3．2．1 气氢的储存
前文已提过，氢能可以气态、液态、固态储存。其中
气氢储存最简单，因为常温、常压下，氢就呈气态，只是
气氢体积太大，而且它本身又是一种易燃气体，不允许泄
漏。因此，一般都把氢气经压缩后装在高压容器中，储氢
的高压容器是一种特制的钢瓶，其中加有压力 25~30MPa。
这种传统的储氢方案，现在主要在提高钢瓶的质量方面有
不少改进。一是增加钢瓶承压能力，例如，把压力提高到
40MPa；二是减轻钢瓶重量，采用一些轻而耐压强度高的
材料制作钢瓶，例如，采用高强度碳纤维合成材料制成的
钢瓶；三是在形状和容量上加以改进，例如，采用大型长管型钢瓶等等。
但是，不管如何改进储气氢的钢瓶质量，即使能把压
力加到 150 个大气压，氢气的质量还不到钢瓶质量的 1%，
而且还有爆炸危险。可见气氢的储存至今还终究是一种效
率较低的解决方案。
3．2．2 液氢的生产与储存
氢作为燃料或作为能量载体，较好的使用和贮存方式
是液氢。当前主要用来作为运载火箭的推进剂。不论在美
国、欧洲还是日本对液氢的需求都是随宇航事业的发展而
增加。美国从上世纪 50 年代后期开始工业规模生产液氢，
除供应宇航需要外，还提供食品、化工、半导体、玻璃等
工业应用和提供大学、研究所等部门研究应用。欧洲、日
本也有工业化规模生产，但比美国规模都小，我国生产液
氢情况就更差一些，工艺流程比较落后，设备陈旧，生产
规模也小。因而液氢价格非常昂贵，应用范围很有限。
（1）液态平衡氢的制取
氢气的转化温度很低，最高才 ，只有将氢气预冷
到这个温度以下，才可能使氢气液化。而且液氢的汽化潜
热很小，即使储存在非常理想的绝热容器里，液态正常氢
都会发生汽化。在开始的 24 小时里，液氢大约要蒸发损失
18%，100 小时后损失将超过 40%。可见，必须要设法制取
不易蒸发损失的液态的平衡氢。那末什么是液态平衡氢？又如何制取？下面仅作一个简单的介绍：
氢分子由两个氢原子组成。由于原子核的自旋方向不
同，而分成正氢（O-H2）和仲氢（P-H2）两种状态。在不
同温度下，正氢和仲氢平衡组成比例不同。常温时，含有
75%正氢和 25%仲氢的平衡氢，称为正常氢或标淮氢（N-
H2）。高温