[發(fā)明專利]一種吸附-水合反應(yīng)雙重儲(chǔ)氫方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110387804.8
• 申請(qǐng)日: 2011-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102515093A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 臧小亞;梁德青;吳能友
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所
• 主分類號(hào): C01B3/02
• 分類號(hào): C01B3/02;F17C1/00;F17C13/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及清潔能源利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用碳納米管多孔材料吸附與水合物籠型結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存的復(fù)合儲(chǔ)氫方法以及實(shí)現(xiàn)該儲(chǔ)氫方法的裝置。

技術(shù)背景

在能源與環(huán)境問(wèn)題日益凸顯的今天，清潔能源的應(yīng)用也興旺開(kāi)展。氫氣是一種高品質(zhì)的清潔能源，其燃燒產(chǎn)物是水，對(duì)環(huán)境非常友好。同時(shí)，氫能具有資源豐富、熱效率高、可再生和不產(chǎn)生使用污染等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，氫能的利用已經(jīng)得到各國(guó)政府、汽車公司、能源公司和環(huán)境組織的高度重視。氫能的利用主要包括氫的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸以及應(yīng)用等階段，其中氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前用于氫氣儲(chǔ)存的方法主要有：高壓及液化儲(chǔ)氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫、和多孔物質(zhì)吸附儲(chǔ)氫等。高壓儲(chǔ)氫的儲(chǔ)氫壓力由于材料限制最大不能超過(guò)32MPa，而液化儲(chǔ)氫方式的成本比較高，金屬氫化物儲(chǔ)氫則由于合金自身比較重存在重量?jī)?chǔ)氫密度低的問(wèn)題。因此綜合衡量各種儲(chǔ)氫方式的成本、能量密度、脫附或放氫吸附速度以及抗雜質(zhì)毒化程度等因素，具有吸附儲(chǔ)氫以其工作壓力低、儲(chǔ)存容器重量輕、形狀選擇余地大、成本低等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越引起各國(guó)學(xué)者的關(guān)注，并成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。碳納米管有豐富的微孔，而且比表面積很大，是一種很有潛力的氫氣吸附存儲(chǔ)新材料。

而水合物儲(chǔ)氫也是一種新型的氫氣存儲(chǔ)方式，具有安全、方便運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。水合物儲(chǔ)氫是利用水合物的籠形結(jié)構(gòu)，氫氣分子可以進(jìn)入水合物的籠中。水合物儲(chǔ)氫一般采用II型水合物，II型水合物具有5¹²，5¹²6⁴兩種籠型結(jié)構(gòu)，理論儲(chǔ)氫量可以達(dá)到3.8wt％。但是純氫氣水合物形成條件比較苛刻，需要相當(dāng)高的壓力，而且儲(chǔ)氫量也并不理想，在氫氣水合物中增加另一種客體組分則能有效降低水合物法存儲(chǔ)氫氣所需的壓力。同時(shí)多孔介質(zhì)能在一定程度上降低水合物生成的誘導(dǎo)時(shí)間，提高水合物的生成速率，促進(jìn)水合物的生成，增加含氣率，碳納米管的多孔性則正好可以起到多孔介質(zhì)的作用。

目前氫氣儲(chǔ)存中存在的主要問(wèn)題是儲(chǔ)氣壓力高，儲(chǔ)氣速率比較慢，儲(chǔ)氫材料不能循環(huán)利用，儲(chǔ)氫技術(shù)仍不完善，難以在工業(yè)應(yīng)用中推廣。因此，本發(fā)明旨在提供一種吸附-水合反應(yīng)復(fù)合的儲(chǔ)氫方法，在降低儲(chǔ)氫壓力的前提下發(fā)揮碳納米管的多孔吸附性的同時(shí)充分利用氫氣水合物的籠型結(jié)構(gòu)，提高氫氣的存儲(chǔ)率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決目前氫氣的利用及儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)有的多孔介質(zhì)吸附儲(chǔ)氫以及水合物儲(chǔ)氫的方法，提出一種吸附-水合反應(yīng)雙重儲(chǔ)存氫氣的方法。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供了實(shí)現(xiàn)上述儲(chǔ)氫方法的裝置。

本發(fā)明儲(chǔ)氫方法包括如下步驟：

1.將提純后的碳納米管進(jìn)行親水處理。即進(jìn)行濃酸浸泡，然后取出清洗至中性后放入真空烘干箱中干燥烘干；

2.配制生成水合物的溶液。采用易生成水合物的水溶性客體分子物質(zhì)(如四氫呋喃，四丁基溴化銨等季銨鹽化合物，環(huán)丙酮等)，按照客體分子與水生成水合物時(shí)的濃度比例配制溶液，若水溶性客體分子具有揮發(fā)性則可適當(dāng)過(guò)量，然后將配制好的溶液均勻噴灑于步驟(1)處理后的碳納米管中；

3.將浸濕的碳納米管與水溶液混合體系放入儲(chǔ)氫罐中壓實(shí)，蓋上儲(chǔ)氫罐蓋子并密封放置至混合均勻；

4.將儲(chǔ)氫罐抽真空后，將儲(chǔ)氫罐與氫氣源連接；

5.將增壓后的氫氣通過(guò)單向截止閥供入儲(chǔ)氫罐中，儲(chǔ)氫罐內(nèi)儲(chǔ)氫壓力范圍可介于10MPa-30MPa之間，充入一定壓力的氫氣后，將儲(chǔ)氫罐外部溫度循環(huán)打開(kāi)，將儲(chǔ)氫罐內(nèi)溫度恒定在一個(gè)值，這個(gè)值可以根據(jù)儲(chǔ)氫壓力的不同而設(shè)定，一般介于-10℃-0℃之間。儲(chǔ)氫罐內(nèi)氫氣若有降低，氫氣源增壓后的氣體則會(huì)通過(guò)單向截止閥補(bǔ)充。當(dāng)儲(chǔ)氫罐內(nèi)氫氣壓力保持恒定不變時(shí)，儲(chǔ)氫過(guò)程結(jié)束。

氫氣的釋放過(guò)程可以通過(guò)降低儲(chǔ)氫罐內(nèi)壓力和提高儲(chǔ)氫罐內(nèi)的溫度進(jìn)行，開(kāi)啟儲(chǔ)氫罐外盤管的加熱循環(huán)，設(shè)定放氫溫度，碳納米管-水合物雙重方法吸附的氫氣就會(huì)釋放出來(lái)。