有机液体储氢载体催化脱氢技术研究进展

绿氢(可再生能源制氢)的开发及利用是推动能源绿色转型和实现“双碳”目标的重点发展方向之一.然而,大规模绿氢的安全储运技术仍需进一步完善.以环烷烃/芳烃为主的有机液体储氢载体(LOHCs)体系因其高储氢密度、安全高效、运输方便等优势成为绿氢长距离大规模输送的关键技术.相比于工艺成熟的芳烃加氢技术,富氢LOHCs(环烷烃)脱氢技术开发的难度较大,是近年来研究的热点.本文系统综述了环己烷(CH)、甲基环己烷(MCH)、十氢萘(DHN)和全氢二苄基甲苯(H18-DBT)4类典型富氢LOHCs脱氢技术的研究进展.基于目前的研究结果,阐述了单环烷烃(CH、MCH)和多环烷烃(DHN、H18-DBT)的脱氢反应路径和机理,重点从活性组分和载体两方面总结了脱氢催化剂的设计思路、构效关系和研究进展,详细分析了基于不同模型的富氢LOHCs脱氢动力学,探讨了4类典型脱氢反应装置的优缺点.总体来讲,环烷烃作为LOHCs距离工业化应用还有一段距离,继续完善环烷烃脱氢动力学和脱氢机理、提高Pt系催化剂的催化活性和稳定性、开发具有实际应用意义的非贵金属催化剂以及优化反应器结构成为未来环烷烃脱氢技术研究需要聚焦的难点.

有机液体载氢储运技术研究进展及应用场景

在“双碳”战略目标背景下,氢能产业在深度和广度上都获得了高速发展,上游制氢资源丰富,下游用氢市场广阔,由于跨地区氢能供需失衡,中游氢能储运已经成为氢能产业链的短板,严重制约了氢能产业的进一步发展。在这种情况下,有机液体载氢(LOHC)储运技术应运而生,以一种化学储氢方式完美克服了高压气态储氢、低温液态及固态等物理储氢方式的缺陷。与其他氢能储运技术相比,LOHC储运技术在安全、成本、技术、效率等方面具有突出的优势,有望补齐氢能储运的短板,完善氢能产业链。本文对三种主要LOHC储运技术,从工艺原理、储氢载体、综合成本、科研发展等方面进行比较分析。认为甲苯、N-乙基咔唑和二苄基甲苯等三种LOHC储运技术已完成了理论研究、实验验证及中试放大等工作,技术趋于完善,具备了工业化推广应用的条件。在未来展望角度上,对包括大型氢能储运基地和分布式脱氢加氢一体化站在内的两种LOHC储运技术的新型应用场景进行了分析,并梳理了目前LOHC储运技术研究面临的问题和研究方向,并提出了希望和建议。

液体有机氢载体储氢体系筛选及应用场景分析

储运成本偏高已经成为制约氢能产业发展的瓶颈和挑战。在多种氢储运技术中,液体有机氢载体(LOHC)储氢被认为是最具发展潜力的方向之一,有望在氢能社会中发挥重要的作用。对几种LOHC体系进行了比较,认为甲基环己烷体系、N-乙基咔唑和二苄基甲苯体系目前相对成熟,正在走向商业化。对包括氢气跨洋运输与国际氢供应链、大宗氢气储运、可再生能源储能、基于LOHC储氢的站内制氢加氢站等未来能源体系中几种新型应用场景进行了分析,梳理了目前LOHC储氢研究面临的难题和研究方向,并提出了研究建议。

有机液体储氢体系研究进展

有机液体储氢技术是利用液态有机储氢载体进行加(脱)氢反应,在常温常压下实现大规模、远距离氢气安全储运的技术,被国际能源署推荐为国际氢气贸易和远程氢气运输的最佳方式之一。但是目前有机液体储氢技术还存在加(脱)氢反应过程缓慢、脱氢温度高、储氢体系循环率低以及高度依赖贵金属催化剂等缺点。本文首先对常见的有机氢载体进行分类,并分析了各种有机氢载体的物理化学性质及其在加(脱)氢反应中的特征差异,然后从加(脱)氢反应机理和催化剂的研究等方面对有机液体储氢体系的研究现状进行了总结,最后对有机液体储氢技术的发展前景进行了展望。

液体有机氢载体脱氢反应催化剂的研究进展

液体有机氢载体(LOHC)脱氢反应是LOHC储氢过程的关键反应.为氢燃料电池汽车供氢,不仅要求在常压下能以较低的温度完成氢气的释放,而且还需满足氢燃料电池对供氢速度的需求,LOHC脱氢催化剂是实现该过程的关键.综述了近年来LOHC催化脱氢反应催化剂的研究进展,为今后的研究工作提供依据.

LNG产业视角下不同天然气制氢模式的终端氢气成本分析

氢能的快速发展为LNG产业延伸产业链、提高附加值提供了宝贵的战略机遇。站在LNG产业视角,给出了三种融合发展氢能的路径,并基于这三种路径设想了六种最贴近实际、最可能得到实施的发展模式。分别对六种发展模式的制氢、储运和加注三个环节的氢气成本,以及出加氢枪终端的氢气总成本进行了分析,并与副产氢模式进行对比。结果表明LNG产业发展氢能在成本上具有一定的竞争力,城市周边的大、中规模天然气制氢模式和站内小型天然气制氢模式是重点发展的方向。国际氢供应链目前的氢气成本较高,液态有机物氢载体(LOHC)的整体氢气成本低于液氢,未来随着氢气国际贸易的成熟和规模的扩大,成本有望大幅降低,成为与LNG产业平行的进口氢气新产业。

乙二醇热还原法制备生物炭负载纳米钯催化剂及其催化脱氢性能

以生物炭(BC)为载体,环境友好的乙二醇(EG)为还原剂,一锅法制备出生物炭负载纳米钯催化剂(Pd/BC),并应用其催化十二氢-N-乙基咔唑(12H-NEC)脱氢反应。采用XRD、XPS、TEM以及N_(2)物理吸附等分析仪器对所制备的BC的结构、组成和形貌进行了表征。结果表明,控制还原温度可以有效地将Pd^(2+)还原为Pd^(0),生成的Pd纳米颗粒(Pd NPs)均匀分布在BC表面,粒径在3.25~9.67nm之间,平均粒径为6.03nm,无明显团聚。在160℃下EG热还原6h所制备的催化剂(Pd/BC-160/6)催化12H-NEC脱氢反应效果最佳,当脱氢温度为180℃时,6h时释氢率达到93.7%,催化剂重复4次后释氢率仍可保持在90.3%。

活性炭负载纳米钯催化剂的超声辅助乙二醇还原制备及其催化十二氢-N-乙基咔唑脱氢

以活性炭(AC)为载体,采用超声辅助乙二醇(EG)还原法制备了活性炭负载纳米钯催化剂(Pd/AC-EGus)。利用XRD、XPS、TEM等对催化剂的结构、组成和形貌进行了表征。纳米钯粒子(PdNPs)均匀分布在AC表面及孔道内,粒径分布在3.31~9.97 nm之间,平均粒径为5.93 nm,无明显团聚现象。在180℃,Pd/12H-NEC物质的量比为0.3%的条件下,Pd/AC-EGus-200/30催化12H-NEC脱氢反应,6 h时释氢量为5.43%(wt),产氢率达到93.7%。乙二醇为环境友好型弱还原剂,在超声辅助条件下可快速将Pd2+还原为Pd原子,有效缩短了还原时间,为负载型纳米催化剂的绿色制备提供了借鉴。