[发明专利]一种吸附-水合反应双重储氢方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及清洁能源利用技术领域，尤其涉及一种利用碳纳米管多孔材料吸附与水合物笼型结构储存的复合储氢方法以及实现该储氢方法的装置。

技术背景

在能源与环境问题日益凸显的今天，清洁能源的应用也兴旺开展。氢气是一种高品质的清洁能源，其燃烧产物是水，对环境非常友好。同时，氢能具有资源丰富、热效率高、可再生和不产生使用污染等独特优势，氢能的利用已经得到各国政府、汽车公司、能源公司和环境组织的高度重视。氢能的利用主要包括氢的生产、储存、运输以及应用等阶段，其中氢气的储存和运输是一个关键环节。目前用于氢气储存的方法主要有：高压及液化储氢、金属氢化物储氢、和多孔物质吸附储氢等。高压储氢的储氢压力由于材料限制最大不能超过32MPa，而液化储氢方式的成本比较高，金属氢化物储氢则由于合金自身比较重存在重量储氢密度低的问题。因此综合衡量各种储氢方式的成本、能量密度、脱附或放氢吸附速度以及抗杂质毒化程度等因素，具有吸附储氢以其工作压力低、储存容器重量轻、形状选择余地大、成本低等优点，越来越引起各国学者的关注，并成为该领域的研究热点。碳纳米管有丰富的微孔，而且比表面积很大，是一种很有潜力的氢气吸附存储新材料。

而水合物储氢也是一种新型的氢气存储方式，具有安全、方便运输等优点。水合物储氢是利用水合物的笼形结构，氢气分子可以进入水合物的笼中。水合物储氢一般采用II型水合物，II型水合物具有5¹²，5¹²6⁴两种笼型结构，理论储氢量可以达到3.8wt％。但是纯氢气水合物形成条件比较苛刻，需要相当高的压力，而且储氢量也并不理想，在氢气水合物中增加另一种客体组分则能有效降低水合物法存储氢气所需的压力。同时多孔介质能在一定程度上降低水合物生成的诱导时间，提高水合物的生成速率，促进水合物的生成，增加含气率，碳纳米管的多孔性则正好可以起到多孔介质的作用。

目前氢气储存中存在的主要问题是储气压力高，储气速率比较慢，储氢材料不能循环利用，储氢技术仍不完善，难以在工业应用中推广。因此，本发明旨在提供一种吸附-水合反应复合的储氢方法，在降低储氢压力的前提下发挥碳纳米管的多孔吸附性的同时充分利用氢气水合物的笼型结构，提高氢气的存储率。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前氢气的利用及储运问题，根据现有的多孔介质吸附储氢以及水合物储氢的方法，提出一种吸附-水合反应双重储存氢气的方法。

本发明的另一个目的是提供了实现上述储氢方法的装置。

本发明储氢方法包括如下步骤：

1.将提纯后的碳纳米管进行亲水处理。即进行浓酸浸泡，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体分子物质(如四氢呋喃，四丁基溴化铵等季铵盐化合物，环丙酮等)，按照客体分子与水生成水合物时的浓度比例配制溶液，若水溶性客体分子具有挥发性则可适当过量，然后将配制好的溶液均匀喷洒于步骤(1)处理后的碳纳米管中；

3.将浸湿的碳纳米管与水溶液混合体系放入储氢罐中压实，盖上储氢罐盖子并密封放置至混合均匀；

4.将储氢罐抽真空后，将储氢罐与氢气源连接；

5.将增压后的氢气通过单向截止阀供入储氢罐中，储氢罐内储氢压力范围可介于10MPa-30MPa之间，充入一定压力的氢气后，将储氢罐外部温度循环打开，将储氢罐内温度恒定在一个值，这个值可以根据储氢压力的不同而设定，一般介于-10℃-0℃之间。储氢罐内氢气若有降低，氢气源增压后的气体则会通过单向截止阀补充。当储氢罐内氢气压力保持恒定不变时，储氢过程结束。

氢气的释放过程可以通过降低储氢罐内压力和提高储氢罐内的温度进行，开启储氢罐外盘管的加热循环，设定放氢温度，碳纳米管-水合物双重方法吸附的氢气就会释放出来。