Система хранения и транспортировки водорода путем

Источник:JASE-W Японские продукты и технологии интеллектуальной энергетики,
http://www.jase-w.eccj.or.jp/technologies-r/index.html
F-02
ключевое слово
Y3
оборудование и установки
Z4
электричество
S5
возобновляемая энергия
L
инженерно-технические услуги
Chiyoda Corporation
Система хранения и транспортировки водорода путем органического гидрида
– SPERA Hydrogen® System –
Ключевые особенности
Метод органического гидрида состоит из гидрирования толуола, когда толуол превращается в
метилциклогексан (МЦГ), который в жидком состоянии при температуре и давлении окружающей
среды, путем химической фиксации водорода, который является легким газом, к толуолу, хранение и
транспортировка к месту использования МЦГ, дегидрирования МЦГ с целью извлечения
необходимого количества водорода, использование водорода и восстановление, и повторное
использование генерированного толуола в качестве носителя водорода. Это безопасный метод
транспортировки водородной энергии, сравнимый с традиционным методом использования бензина.
Несмотря на то, что водород является вторичной энергией, который можно получать из всех видов
первичной энергии, до сих пор не было создано практичной технологии хранения и транспортировки
водорода в больших масштабах. Органико-химический метод гидрида был предложен в 1980х годах,
но до настоящего времени не был найден стабильный метод дегидрирования. В 2002 году Чийода
начала исследования и приступила к разработке катализатора дегидрирования, являющегося
ключом данного метода и в 2013 разработала технологию целостной системы (SPERA Hydrogen
System). В течение этого периода Чийода успешно разработала новый катализатор дегидрирования,
который может быть использован в промышленном масштабе, завершила разработку процесса
дегидрирования с использованием трубчатого реактора с неподвижным слоем и разработанного
нами катализатора, построили экспериментальный завод и провели опытно-промышленную
эксплуцатацию. Разработка данной технологии выводит производство водорода на коммерческий
уровень.
<Особенности метода органического гидрида>
· Водород можно хранить в течение длительного времени и перевозить как водным, так и наземным
транспортом в больших количествах без потерь в условиях безопасности при температуре и давлении
окружающей среды.
· Танкеры для перевозки химических продуктов (класса 50 000 тон) могут быть использованы для
транспортировки около 3 000 тон водорода за каждый рейс. (3 000 тон водорода хватит заправить
топливом 600 000 автомобилей)
· Это самая целесообразная технология транспортировки водорода в больших количествах, так как КПД
намного выше, чем у остальных методов и производственных расходы не велики.
· Это безопасный метод хранения и транспортировки водородной энергии в больших количествах,
сравнимый с риском использования бензина.
Базовая концепция
Схема метода показана на следующем рисунке. Водород может быть получен с помощью обычного
процесса из ископаемого топлива, в том числе из природного и попутного газа, нефти и угля.
Водород является чистым энергоносителем, который также может быть получен с использованием
возобновляемых источников энергии, таких как энергия воды, ветра и солнца. Процесс
гидрирования для получения МЦГ освоен промышленностью с 1970-х годов, и крупные заводы по
производству МЦГ работают с высокой рентабельностью. Толуол и МЦГ классифицируются как
опасные вещества, такие же, как и бензин, и также широко известны как нефтепродукты,
используемые в больших количествах в качестве промышленных растворителей. Их можно хранить
в уже существующих хранилищах, перевозить большие объемы водным путем на танкерах для
транспортировки химикатов и наземным путем на автоцистернах. Развитие процесса
дегидрирования и оптимизации целой системы сделало возможным практическое применение
«SPERA Hydrogen® System».
Использование водорода
Источник водорода
☆ Ископаемое топливо
(с хранением и улавливанием СО2)
☆ Возобновляемые источники
энергии Энергия воды
CH 3
CH 3
+ 3H2
Toluene
MCH
Toluene
Экзотермическая
реакция
205kJ/mol
MCH : Methylcyclohexane
Процесс
гидрирования
Хранение
CH 3
CH 3
☆ Топливо выработки
электроэнергии
☆ Автомобиль топливной батареи
☆ ENE-FARM
☆ Реакция обратной конверсии
и т. д.
+ 3H2
MCH
Транспортировка
Toluene
Хранение
Технология, подвергнутая коммерциализации
Общий состав системы «SPERA»
Эндотермическая реакция
205kJ/mol
Процесс
дегидрирования
Благодаря разработке
катализатора и самого процесса
дегидрирования весь процесс
внедрения системы стал
возможен.
В принципе, реакция гидрирования экзотермическая, а реакция дегидрирования эндотермическая. Количество
тепла, выделяемого или поглощаемого в каждом из этих процессов, эквивалентно примерно 30 энергии
самого водорода. Тепло, выделяемое в реакции гидрирования, после рекуперации тепла, эффективно
используется на предприятиях, производящих водород. В то же время тепловая энергия, подаваемая для
дегидрирования, будет преобразована в водородную энергию в процессе дегидрирования. Следовательно,
тепловая энергия, получаемая с электростанций и заводов, и даже от сжигания отходов может быть
преобразована в энергию водорода.
F-02
Производство
топливных
элементов
оказатели и ез л таты
В целях обеспечения устойчивого
роста населения, важно предотвратить
арубежные
газодобывающие
Океан
пония
глобальное потепление, сокращая
Теплоэлектростанция
страны и т.д.
выбросы углекислого газа,
(Перемещенное
Система «водорода SPERA» (Система хранения и транспортировки
сжигание природного
водорода методом органического химического гидрида)
одновременно создавая системы,
газа и угля)
Водородная установка
которые не накладывают ограничения
Метилциклогексан
на потребление электроэнергии.
становка
Возобновляемые источники энергии,
становка
Водород
Резервуар
Водород
гидрирования
дегидритакие как энергия ветра, воды и
хранения
рования
солнца, по сути своей являются
Толуол
Отделение
солнечной энергией. Водородная
В этой цепочке хранения и транспортировки водорода, водород присоединяется
C O 2
к толуолу (реакции гидрирования) и транспортируется в форме метилциклогексана,
энергетика на возобновляемых
который является жидкостью при температуре и давлении окружающей среды.
В месте использования водорода его извлекают, проводя реакцию дегидрирования
Автомобили на
источниках энергии может стать
с одновременной регенерацией толуола, который возвращается в цикл.
топливных элементах,
Промышленное сырье
Реформинг
идеальной системой, использующей
Водород
Водород
солнце и воду. Данная концепция
Световой
Водородная
катализатор
ISметод
установка
цепочки поставок водорода может
Природный
Отделение
газ
стать ключевой технологией для
C O 2
Энергия
Энергия Энергия
ветра
решения двух проблем глобальное Месторождение
ветра
воды
Ядерная
Электролиз
газа
энергия
воды
Солнечная
Геотермальная
потепление и источники энергии в
Газификация
энергия
энергия
угля
понии.
Неисчерпаемые источники
возобновляемой
энергии
Практическая реализация данной
Извлечение
метана
голь
Идея нашей страны - сокращая СО , решать вопросы будущей энергии
концепции показана на правой схеме.
арубежные
Возможно плавно перейти к обществу низкого углерода в качестве
Иными словами, на начальной стадии, угледобывающие
гольный пласт
окончательной цели.
страны
и
т.д.
водород, полученный из природного
газа, угля и других ископаемых видов
Рис. 1 Концепция системы поставок водорода
топлива будет транспортироваться в
больших количествах на большие
расстояния.
идрирование
егидрирование
В это время двуокись углерода
часток отправки
часток приема
получаемая из углеводородного сырья
мкости толуола
мкости С
еактор
будет восстановлена при низких
еактор
дегидрирования
гидрирования
затратах в процессе производства
водорода в странах добычи нефти и
газа и использована для усиленной
рекуперации запасов сырой нефти или
мкости для гидрогени а ионной части
для хранения, а чистый водород будет
храниться и транспортироваться для
мкости для гидрогени а ионной части
использования. Практическое
местимост
：неделя для
ч
м баков
применение на начальной стадии
позволит понии продвигать
(а) (Секция реакции)
(б) (Секция хранения)
масштабное использование энергии
водорода.
Баки для агрегата дегидрирования
Конечная цель данной концепции
перейти к низкоуглеродному обществу посредством крупномасштабного хранения и транспортировки
возобновляемой энергии. Как сказано выше, данная концепция предназначена для плавного перехода к
обществу, заботящемуся об окружающей среде, без изменения налаженной инфраструктуры, путем
увеличения использования возобновляемых источников энергии, тем самым снижая выбросы углекислого
газа в понии путем использования возобновляемой энергии дополнительно к энергии из ископаемых
видов топлива, включая природный газ в ближайшем будущем.
2
2
еализованные и плани
понии
е ые п оекты
Демонстрационный завод
авершено строительство в марте 2013 г., и запушен в эксплуатацию с апреля.
Местоположение Исследовательский парк корпорации
yod (Канагава-ку, город окогама)
Мощность 50 норм.м3 час (объем хранимого и производимого водорода)
онтакты: Chiyoda Corporation
M in a to m ir a i G r a n d C e n tr a l
K a n a g a w a P r e f e ct u r e 2 2 0 H yd r o g e n C h a i n P r o m o t i o n
T e l : + 8 1 - 45 - 2 2 5 - 48 7 2 F a x:
U R L : h t t p : / / w w w . ch i yo d a - co
T o w e r , 4- 6 - 2 M i n a t o m i r a i , N i sh
8 7 6 5 , Ja p a n
S e ct i o n ,
+ 8 1 - 45 - 2 2 5 - 49 9 0
r p . co m /
i - ku
, Y o ko
h a m a C i t y,
3