有机液体与储氢材料组成的浆液储氢体系的能量分析

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1、万方数据第27卷第11期2006年11月太阳能学报ACrAENERGIAES()LARISSINIo～V01．27．№．11Nov．．2006有机液体与储氢材料组成的浆液储氢体系的能量分析沈绍辉，徐国华，安越，张立岩，陈长聘(浙江大学材料与化学工程学院，杭州310027)摘要：对Q地，C6H12．hNi5，IJa№战．H2组成的浆液储氢体系的储、放氢过程进行了能量衡算，提出了两种车载氢源系统的概念设计：随车脱氢和随车加氢．脱氢系统。考察了两种车载氢源系统的脱氢转化率和系统运行过程中放出的废热利用率对整个车载氢源系统热效率的影响，并就两种车载浆液氢源系统与氢内燃机或燃料电池

2、构成的氢能汽车动力系统的能效进行了评估。研究表明，无论是采用氢内燃机还是燃料电池作为氢能汽车的动力驱动方式，车载浆液氢源系统在能效上是经济、可行的。关键词：浆液储氢；热效率；车载浆液氢源系统；能量分析；氢能汽车中图分类号：哟!文献标识码：A0前言与传统燃油汽车相比，氢能汽车排气污染小、噪声低，在新能源利用和环境保护方面都具有可持续发展的特征。但经济、高效和安全的车载氢源系统是目前阻碍氢能汽车产业化的主要瓶颈之一。根据美国能源部(DOE)资助的一项研究的估算，一辆标准的质子交换膜燃料电池(瑚’MFC)车行驶480Km所需的车载氢量约为3．58I

3、密度提出了以下目标要求，重量密度约6％，体积密度约60kg(H2)／m3。纵观目前所有实际可用的车载储氢技术，几乎无一能完全满足要求。相对于传统的气态高压储氢、液态储氢及合金储氢，液体有机氢化物储氢具有储氢密度高、运输安全等优点，是非常有应用前景的储氢技术[1]。表1是一些常见液体碳氢化合物的可逆吸放氢化学反应式和储氢量乜]。由表1知，液体有机碳氢化合物储氢无论在单位重量和体积储氢容量均较接近于氢能汽车对氢燃料载体的目标要求。更重要的是若采用液体有机碳氢化合物储氢技术，有可能利用现有的加油站设施，像加注汽油那样加注液体有机碳氢化合物。近年来，陈长聘等b刮提出和研究了利用液

4、体有机碳氢化合物储氢的新型浆液储氢体系。这种浆液储氢体系采用不饱和碳氢化合物或芳香烃(如苯、收稿日期：2005．07岱基金项目：国家重点基础研究发展规划(9r73)项目(Ⅱ珈00026406)甲苯、萘等)与储氢合金组成浆液，将金属氢化物储氢与有机液体储氢结合起来，利用储氢合金对有机液体的催化作用，实现在较温和条件下的固相，液相双相加氢．脱氢反应，通过储氢金属的浆液化克服因储氢合金在吸、放氢过程中发生粉化而带来的一系列工程问题。通过浆液中合金与有机溶剂浓度的调节可以改变浆液体系的重量和体积单位储氢密度。浆液储氢技术结合了合金储氢和有机液体储氢两者的优点，具有很好的发展前景。

5、表13种液体有机碳氢化合物的加氢、脱氢反应和储氢能力’I捌e1‰c叩姗6船oftllehydlogen8嘲andtlIere蒯。璐0fb蜘枷onanddt出yck暇删∞0ftllreeliqIlid讲gaIlic崎dID(：aIb(ms碳氢化合物反应式最大储氢量本文对C6H6，C6H。：一IJaNi5，hNi5H6．H2组成的浆液储氢体系的储、放氢全过程进行了能量分析，提出了两种车载氢源系统的概念设计：随车脱氢和随车加氢．脱氢系统。考察了两种车载氢源系统的脱氢转化率和系统运行过程中的废热利用率对整个车载氢源系统热效率的影响，并就两种车载浆液氢源系统与氢内燃机或燃料电池构成

6、的氢能汽车动力系统万方数据1l期沈绍辉等：有机液体与储氢材料组成的浆液储氢体系的能量分析的能效进行了讨论。1浆液储氢体系的能量分析1．1浆液体系简介浆液由LaNi，和少量R肌ey_Ni与液态苯混合组成，在圳i5．IJaNi5H和／或晰Ni的催化下实现苯的加氢生成环己烷n圳。同样，在R彻ey．Ni和／或LaNi5一圳i5H的催化下实现环己烷的脱氢。计算中浆液内C6H6一圳i5．RAneyNi的重量比为1：1：o．01。体系的吸氢条件为498K，50a扛IlH2，苯转化率为100％；脱氢条件为523K，1anllH2，环己烷转化率为60％。1．2能量衡算对浆液系统的能量衡算是

7、以苯加1rnolH2为计算基准。浆液的加、脱氢反应条件、所用催化剂及其用量如2．1所述，氢气的燃烧在1anIl，127℃的条件下进行[9】。整个计算过程包括浆液加氢、浆液脱氢和浆液释出的氢气燃烧放热3个单元。计算时，反应釜的显热以及浆液搅拌所消耗的能量等未计人其中，脚Ni因含量极少而忽略其对能量衡算的影响。各部分的计算均依照图1流程进行。特别指出的是，在浆液加氢过程中系统首先要进行加压和升温。当温度较低时，IJa№会发生吸氢反应(放热反应)生成圳i，也并放出反应热；但当温度超过140℃(在50咖呦鲁件下)，生成的圳i5Hx随即