[发明专利]一种利用丙烷水合物粉末进行水合储氢的方法

说明书

本发明公开了一种利用丙烷水合物粉末进行水合储氢的方法。所述方法主要包括以下步骤：（1）进行冰粉的制备；（2）在‑3至‑5℃、0.3MPa至0.36MPa条件下向含有冰粉的反应釜中充入预冷后的丙烷气体使冰粉中生成丙烷水合物；（3）降低反应釜内温度到‑8℃至‑20℃之间，向反应釜中充入预冷后的高压氢气8MPa至11MPa以生成氢气/丙烷二元水合物，水合物生成过程持续0.5至4小时，速率很高。本发明提供了一种简单快速、具有环境友好性和可降解性的水合物储氢方法，以避免常规水合物储氢过程所需超高压及超低温的严苛环境。

技术领域

本发明涉及水合物法储气的方法，具体涉及一种利用冰粉生成丙烷水合物再进一步生成氢气/丙烷二元水合物的方法。

背景技术

氢是自然界中最轻的元素，它有着非常低的密度，因此储氢最大的问题是需要极大的体积，故其储氢效率很低。传统的储氢方法包括压缩和液化。由于氢密度小，加压到15MPa时，质量储氢密度≤3％。对于移动用途而言，加大氢压来提高携氢量将有可能导致氢分子从容器壁逸出或产生氢脆现象，这在运输和储存上会造成安全风险。由于氢气液化要消耗很大的冷却能量，液化1kg氢气需耗电4kW·h～10kW·h，增加了储氢和用氢的成本。其他储氢方式包括物理吸收氢气到固体材料中，主体材料和小分子氢之间的相互作用限制其储氢能力。化学储氢的形式是合金氢化物和氮化物，问题在于混合物中氢的解吸和释放需要高温，这也加大了能量损失。

相比于上述储氢方案，水合物储氢有一定优势，包括：(1)由于它仅使用水和非常低浓度的促进剂(缓和严苛的温压条件)，水合物储氢过程具有环境友好性；(2)可以在中等温度和压力下储存(在低浓度促进剂条件下)；(3)自然状态下，没有爆炸性。而水合储气的劣势在于：(1)氢气水合物在动力学上生成速率较小；(2)当使用某些促进剂时能源效率较低。

目前，水合物法储氢需要达到200-300MPa和240-249K的压力温度条件，较为严苛，所以现阶段水合物储氢实验大多在加入促进剂的情况下进行，常见的促进剂主要有TBAB、THF等。然而，促进剂的加入会占据水合物笼，严重影响储氢量，进而影响能源效率，而且这些有机物作为促进剂不具备环境友好性和可降解性。因此，选用甲烷、丙烷等可燃气体作为气体促进剂不仅可以避免环境问题，而且还提高了能源效率，一举多得。其中丙烷生成水合物时所需温压条件较甲烷等其他可燃气体更为温和，生成速率更快，而且丙烷形成sⅡ型水合物，储气量更多，是最理想的氢气水合物促进剂。

针对以上问题，本发明提供一种利用冰粉生成丙烷水合物再进一步通入氢气生成氢气水合物的方法，实现温和条件下高能源利用效率储氢，此方法操作简易、结构简明，在一定程度上有效提高储氢量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用丙烷水合物粉末进行水合储氢的方法，以解决现有储氢过程中需要过低温度和过高压力的条件的问题。

本发明技术方案如下。

一种利用丙烷水合物粉末进行水合储氢的方法，先制备冰粉，然后使用丙烷气体与冰粉在制备丙烷水合物，再向丙烷水合物中通入氢气形成氢气/丙烷二元水合物而实现水合储氢。

上述方法中，丙烷在此过程中充当气体促进剂，生成丙烷水合物的作用是为了使氢气进入丙烷已搭建完成的水合物笼中，从而生成氢气/丙烷二元水合物实现储氢目的。

上述方法中，丙烷水合物生成过程为：使冷浴降温至丙烷水合物生成所需温度-3℃至-5℃，将装有冰粉的反应釜装入冷浴中，待到釜内温度稳定后向反应釜中充入丙烷气体至所需压力0.3MPa至0.36MPa；1至2小时后，反应釜内压力出现下降，温度开始上升，说明丙烷水合反应开始，待到釜内压力趋于平稳，温度恢复至冷浴温度，说明釜内生成丙烷水合物。