專利名稱：儲(chǔ)存和運(yùn)輸氫的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于儲(chǔ)存氫的方法和裝置。更具體而言，本發(fā)明涉及通過使用二氧化碳作為儲(chǔ)存介質(zhì)儲(chǔ)存和運(yùn)輸氫。
背景技術(shù)：
化石燃料，例如甲烷(CH4)，提供能量但是以產(chǎn)生CO2排放為代價(jià)?？稍偕茉慈缣柲芎惋L(fēng)提供間歇能量，包括電能，其難以儲(chǔ)存，且如此，不易用于補(bǔ)充能量需求。然而，來自可再生能源的能量可用于通過電解水輕易地產(chǎn)生氫。而且，可通過重整烴產(chǎn)品如甲烷或柴油燃料來獲得氫。也可通過核能源、電解或蒸汽電解(利用廢熱)而產(chǎn)生氫。
因此，由于氫對于很多應(yīng)用而言是豐富且優(yōu)良的燃料，氫儲(chǔ)存已成為研究熱點(diǎn)。氫可用于通過使用例如燃料電池的設(shè)備來產(chǎn)生電，該設(shè)備僅產(chǎn)生水蒸汽作為副產(chǎn)品。氫是有利的燃料，因?yàn)槿剂想姵卦诶脷淠芰亢糠矫姹葍?nèi)燃機(jī)在利用柴油燃料或汽油能量含量方面更加有效(大約為40％∶30％利用率)。然而，燃料電池并非成熟技術(shù)。而且，在運(yùn)輸氫方面有問題。
存在許多涉及氫儲(chǔ)存的困難。盡管氫具有極高的能量/單位質(zhì)量，但是其甚至在液體形式下都具有極低密度，因此作為燃料體積太大。儲(chǔ)存是一個(gè)主要問題，特別是對于汽車用途而言，因?yàn)樵搩?chǔ)罐必須置于該車輛上。即使考慮到燃料電池改進(jìn)的效率，壓縮到400倍標(biāo)準(zhǔn)壓力的1升氫也僅包含0.24升汽油或柴油的能量值。比上述壓縮氫具有更高能量值的1升液化氫稍好一點(diǎn)，等于約0.475升汽油。氫必須被處理到非常冷方能液化，約-423F/-253C，這需要能量輸入。被設(shè)計(jì)用于保持液體氫的罐也是昂貴的。可將氫壓縮到660倍大氣壓或以上，但這需要額外能量，且制備這些罐將非常昂貴。
由于直接儲(chǔ)存氫的問題，尋求其它可更容易儲(chǔ)存的燃料源。然后對這些化合物加工或重整以釋放氫來使用?？芍卣邕@些包括甲醇、乙醇、甲烷和甚至汽油的化合物來釋放氫。該方法的一個(gè)問題是二氧化碳被釋放，這意味著對于零排放車輛(ZEV)其并非可用策略。而且，這些燃料不能利用可再生能源。
其它化合物例如氫化物可用作保持氫。一些金屬氫化物可被加熱來釋放其氫且隨后必須在補(bǔ)充燃料過程中恢復(fù)或“再充(recharged)”。其它氫化物，例如硼氫化鈉，當(dāng)暴露于水時(shí)釋放氫但是在儲(chǔ)存材料上留下殘?jiān)浔仨毐惶幚硪栽俪洹?br> 最后一種氫儲(chǔ)存是使用新或異常材料，包括納米管，來儲(chǔ)存氫。這些新材料具有極大的微表面排列，氫可附著到其上并隨后釋放，產(chǎn)生儲(chǔ)存機(jī)制。然而，該技術(shù)尚未成熟或尚未證明其有效工作。
因此，希望提供一種儲(chǔ)存氫的成本有效方式而不需耗費(fèi)顯著能量來壓縮或液化該氣體。而且，希望提供一種運(yùn)輸氫的成本有效方式。還需要提供一種有效利用可再生能源的方法。最后，提供一種在能量消耗過程中杜絕凈二氧化碳排放的能量儲(chǔ)存和運(yùn)輸體系是有利的。
發(fā)明概要一種用于運(yùn)輸氫的裝置，包括氫源和二氧化碳源。反應(yīng)器與氫源和二氧化碳源相連，用于使得氫與二氧化碳反應(yīng)以形成選自烴和氧化烴的產(chǎn)物。管道與該反應(yīng)器相連，用于運(yùn)輸該產(chǎn)物至消耗區(qū)或儲(chǔ)存區(qū)。管道與消耗區(qū)相連，用于運(yùn)輸二氧化碳至反應(yīng)器區(qū)或儲(chǔ)存區(qū)。
一種運(yùn)輸氫的方法，包括提供氫源和二氧化碳源的步驟。將氫和二氧化碳傳導(dǎo)至反應(yīng)器。氫與二氧化碳反應(yīng)形成選自烴和氧化烴的產(chǎn)物。產(chǎn)物運(yùn)輸至消耗區(qū)或儲(chǔ)存區(qū)。二氧化碳從消耗區(qū)運(yùn)輸至反應(yīng)器區(qū)或儲(chǔ)存區(qū)之一。
一種通過使用二氧化碳作為儲(chǔ)存介質(zhì)的儲(chǔ)存氫的裝置，包括氫源和二氧化碳源。反應(yīng)器與氫源和二氧化碳源相連，用于使得氫與二氧化碳反應(yīng)以形成選自烴和氧化烴的產(chǎn)物。儲(chǔ)存設(shè)備與反應(yīng)器相連，用于儲(chǔ)存包含氫的產(chǎn)物。
一種通過使用二氧化碳作為儲(chǔ)存介質(zhì)的儲(chǔ)存氫的方法，包括提供一定數(shù)量的氫和一定數(shù)量的二氧化碳的步驟。氫和二氧化碳傳導(dǎo)至反應(yīng)器以形成選自烴和氧化烴的產(chǎn)物。儲(chǔ)存包含氫的產(chǎn)物。
根據(jù)分析以下所寫說明書、附圖和所附權(quán)利要求，本發(fā)明進(jìn)一步的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見。
附圖簡述附

圖1是根據(jù)本領(lǐng)域目前狀況的能量利用體系示意圖，此處甲烷用作燃料且二氧化碳釋放到大氣中。
附圖2是根據(jù)本領(lǐng)域目前狀況的能量利用體系示意圖，此處可再生能源并未被包括作為燃料源的一部分且二氧化碳釋放到大氣中。
附圖3是能量利用體系示意圖，此處將天然和可再生能量轉(zhuǎn)化為氫用于儲(chǔ)存，揭示了當(dāng)天然氣轉(zhuǎn)化為氫時(shí)二氧化碳釋放到大氣中。
附圖4是相對于將氫從“A”點(diǎn)運(yùn)輸?shù)健癇”點(diǎn)，用于將氫從“A”點(diǎn)運(yùn)輸?shù)健癇”點(diǎn)的甲烷/二氧化碳回路圖解。
附圖5是用于將氫從能量產(chǎn)生區(qū)輸送到能量利用區(qū)的二氧化碳回路圖解。
附圖6是根據(jù)本發(fā)明原則的操作單元示意圖，揭示了與氫源和二氧化碳源相連的Sabatier反應(yīng)器形成產(chǎn)物，具體而言為甲烷。
附圖7是根據(jù)本發(fā)明原則的裝置示意圖。
附圖8a是根據(jù)本發(fā)明原則的裝置示意圖，揭示了氫傳輸?shù)膶?shí)施方案。
附圖8b是根據(jù)本發(fā)明原則的可供選擇的裝置示意圖，揭示了氫儲(chǔ)存的實(shí)施方案。
附圖8c是根據(jù)本發(fā)明原則的可供選擇的裝置示意圖，揭示了二氧化碳儲(chǔ)存的實(shí)施方案。
優(yōu)選實(shí)施方案描述先參照附圖1，顯示了根據(jù)本領(lǐng)域目前狀況的能量利用體系的示意圖。天然氣源5，具體而言為天然氣井，與氣體管道7相連以運(yùn)輸天然氣至處于消耗區(qū)8的能量使用裝置。該能量使用裝置將通過燃燒天然氣與氧而消耗天然氣，從而生成熱量并產(chǎn)生作為副產(chǎn)品的二氧化碳和水，假定該燃燒是完全的。
現(xiàn)參考附圖2，根據(jù)本領(lǐng)域目前狀況，顯示了附圖1的能量利用體系示意圖，還包括可再生能源9。因?yàn)閬碜钥稍偕茉吹哪芰咳顼L(fēng)和太陽能并不持續(xù)穩(wěn)定，所以為了補(bǔ)充能量需求，可再生能源難以利用。可再生能源可輕易地產(chǎn)生電，但僅僅是零星地減少常規(guī)電力源的固定負(fù)載。來自可再生能源的電也難以大量儲(chǔ)存。而且，電通過超過幾百英里長的高電壓電力線的傳輸是低效的。因此，所示可再生能源9并未連接于消耗區(qū)8的能量使用裝置。同時(shí)，二氧化碳被釋放到大氣中，其被懷疑為全球變暖的原因。
現(xiàn)有技術(shù)揭示了世界能量體系具有顯著缺陷，包括可再生能量缺乏可接受的使用和給世界造成全球變暖威脅的二氧化碳(CO2)排放物。
期望一種解決該問題的方法，其使得來自可再生能源9的能量容易得到，在價(jià)格和數(shù)量上穩(wěn)定且低成本。為體現(xiàn)可再生能源的作用并且為避免CO2排放，稱之為氫經(jīng)濟(jì)的解決方案被納入考慮。
現(xiàn)參考附圖3，其顯示了能量利用體系示意圖，此處天然氣和可再生能量轉(zhuǎn)化為氫用于運(yùn)輸。來自可再生能源9的能量轉(zhuǎn)化為電能，其供予電解器(未示出)以將水分解為氫和氧。氫管道7將可再生能源9連接至消耗區(qū)8用于運(yùn)輸氫氣。重整器(未示出)可用于將來自天然氣源5的天然氣重整為氫和二氧化碳。氫管道7將天然氣源5連接至消耗區(qū)8用于運(yùn)輸氫氣。
在本實(shí)施方案中，可再生能源利用電力通過電解水產(chǎn)生氫。隨后氫被傳導(dǎo)至消耗裝置作為烴燃料替代品。既然氫燃燒的產(chǎn)物是水，則沒有二氧化碳產(chǎn)生。此外，化石燃料被重整為氫也符合了能量要求。重整步驟的副產(chǎn)品是二氧化碳。來自重整步驟的二氧化碳需要被俘獲或單純地排出。若二氧化碳被排出，則氫經(jīng)濟(jì)不可避免二氧化碳排放；二氧化碳排放僅僅是被延遲而已。
盡管氫經(jīng)濟(jì)設(shè)定看似在理論上可行，但是其具有很多問題。首先，我們的全部基本設(shè)施不得不改變來利用氫作為燃料。其次，氫體積龐大且難以運(yùn)輸或儲(chǔ)存。因此，可再生能源只有在該氫基本設(shè)施到位之后方可獲得。
現(xiàn)參考附圖4，顯示了用于運(yùn)輸氫的二氧化碳回路25的圖解。該回路25通過將氫與二氧化碳反應(yīng)以形成產(chǎn)品，將氫從點(diǎn)“A”運(yùn)輸至點(diǎn)“B”，在優(yōu)選實(shí)施方案中該產(chǎn)物為甲烷。附圖4的圖解顯示了通過使用二氧化碳作為儲(chǔ)存介質(zhì)，可將氫從點(diǎn)“A”運(yùn)輸至點(diǎn)“B”，將二氧化碳返回以在點(diǎn)“A”“再充”。本發(fā)明的前提為相比于從點(diǎn)“A”運(yùn)輸氫至點(diǎn)“B”，運(yùn)輸二氧化碳和氫之間的反應(yīng)產(chǎn)物和要與氫反應(yīng)的二氧化碳是更加有效的，產(chǎn)物包括烴例如甲烷，或氧化烴例如甲醇。
在任意兩個(gè)點(diǎn)A和B之間，從A運(yùn)輸1摩爾甲烷到B和從B運(yùn)輸1摩爾二氧化碳到A，比單純地從A運(yùn)輸相等能量含量的氫到B成本更低。例如，1摩爾二氧化碳與4摩爾氫反應(yīng)生成1摩爾甲烷和2摩爾水。
盡管本申明看似違反直覺，但是考慮到移動(dòng)氫的兩種主要方法是通過儲(chǔ)存罐或通過管線。在儲(chǔ)存罐的情況下，眾所周知壓縮甲烷與氫相比是能量更密集的載體。因此，既定罐的甲烷將比氫在相同壓力下保持更多能量。用完之后，氫罐必須空載返回來源以補(bǔ)充燃料。相反甲烷罐在其返回途中裝填二氧化碳。二氧化碳隨返回容器得以運(yùn)輸。
在管線的情況下，根據(jù)能量/單位體積的觀點(diǎn)，甲烷密集度比在相同壓力下給定體積的氫高兩倍以上。給定兩管線，第一個(gè)含有甲烷，且第二個(gè)含有二氧化碳，以相反方向移動(dòng)，可比其尺寸為甲烷管線兩倍以上、僅包含相同壓力下的氫的單一氫管線攜帶更多能量。既然甲烷的能量密度比氫高兩倍以上，那么甚至甲烷和二氧化碳?xì)怏w的總壓縮成本低于單獨(dú)的氫。
通過考慮下列內(nèi)容可更加正式地支持該申明。氫具有33.90千瓦-小時(shí)/千克的能量含量。甲烷具有13.44千瓦-小時(shí)/千克的能量含量。1摩爾氫為2克，每千克產(chǎn)生500摩爾的氫。1摩爾甲烷為16克，每千克產(chǎn)生62.5摩爾甲烷。以1摩爾為基礎(chǔ)，氫的能量含量是0.0678千瓦-小時(shí)/摩爾。而甲烷具有0.215千瓦-小時(shí)/摩爾的含量。燃燒1摩爾甲烷產(chǎn)生1摩爾二氧化碳?？紤]到二氧化碳，甲烷/二氧化碳的能量含量仍舊為0.1075千瓦-小時(shí)/摩爾。其比氫高58％。每摩爾的能量含量是重要的，因?yàn)樾枰獕嚎s氣體的工作取決于氣體摩爾數(shù)量，而非其重量。不希望被理論所束縛，相信甲烷和二氧化碳比氫需要更少的能量來壓縮，因?yàn)槠渚葰渚哂懈吲R界溫度和更低臨界壓力。
現(xiàn)參考附圖5，顯示了用于將氫從反應(yīng)器區(qū)90運(yùn)輸至消耗區(qū)80的二氧化碳回路25的圖解。產(chǎn)物管道60與反應(yīng)器區(qū)90和消耗區(qū)80連接用于運(yùn)輸來自反應(yīng)器區(qū)90的產(chǎn)物，其在本實(shí)施方案中是甲烷。二氧化碳管道70與消耗區(qū)80和反應(yīng)器區(qū)90連接用于運(yùn)輸來自消耗區(qū)80的二氧化碳。
既然在管道中運(yùn)輸甲烷和二氧化碳成本更低，那么氫經(jīng)濟(jì)計(jì)劃可作出調(diào)整。不用單一的氫管，而用兩根管取代氫管，甲烷的一根從能量產(chǎn)生處導(dǎo)向能量利用處，且二氧化碳的一根從能量使用裝置導(dǎo)向能量產(chǎn)生處。
在能量消耗區(qū)80，不將二氧化碳排放到大氣，而是管道70將二氧化碳運(yùn)輸回反應(yīng)器區(qū)90。大量能量的使用裝置經(jīng)常性地保持CO2，因此，保持CO2的能力不是問題；問題在于所保持的CO2的處理。因此，本領(lǐng)域中任何已知的隔離CO2的方法均可采用。提供了用于儲(chǔ)存和運(yùn)輸氫的裝置和方法的本發(fā)明也提供了對于CO2的需求。
現(xiàn)參考附圖6，顯示了根據(jù)本發(fā)明原則的操作單元示意圖。反應(yīng)器40，其在本實(shí)施方案中是Sabatier反應(yīng)器，與氫源20和二氧化碳源30相連以形成產(chǎn)物50，具體而言為甲烷。盡管Sabatier反應(yīng)器在此公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員將直接認(rèn)識(shí)到可采用任何合適的替代品，包括但不限于光-電解設(shè)備。
本發(fā)明氫的生產(chǎn)由電解器實(shí)現(xiàn)，其通過引入電流分解水而形成副產(chǎn)品氫和氧。例如9千克水將產(chǎn)生8千克氧和1千克水，如下列化學(xué)反應(yīng)所示
Sabatier反應(yīng)器，簡言之通常是含有催化劑如鎳或釕的金屬管。氫與所持有的二氧化碳放熱反應(yīng)以產(chǎn)生甲烷和水。由于Sabatier反應(yīng)器是放熱的，能量在該體系中損失。當(dāng)氫與二氧化碳反應(yīng)時(shí)，約79％的氫能量含量隨著熱釋放平衡被作為甲烷儲(chǔ)存。Sabatier反應(yīng)器釋放的一些低級熱量可用作其它用途。例如，5.5千克的二氧化碳與1千克氫反應(yīng)將產(chǎn)生2千克甲烷和4.5千克水，如下列化學(xué)反應(yīng)所示
大體上，根據(jù)在此公開的原則通過使用CO2作為載體，可再生能在生產(chǎn)甲烷方面是60-80％有效，相對于單獨(dú)生產(chǎn)氫的效率為70-90％。
現(xiàn)參考附圖7，顯示了根據(jù)本發(fā)明原則的裝置示意圖。來自可再生能源15的能量用于將水轉(zhuǎn)化為氫和氧。如此，可再生能源15通過分解水用作氫源。管道70與反應(yīng)器(該圖中未示出)相連用于將二氧化碳從二氧化碳源運(yùn)輸?shù)椒磻?yīng)器。該反應(yīng)器使得氫與二氧化碳反應(yīng)以形成產(chǎn)物，其在本實(shí)施方案中是甲烷。
管道60將產(chǎn)物運(yùn)輸?shù)较膮^(qū)80。在消耗區(qū)80產(chǎn)物在氧的存在下被消耗產(chǎn)生作為副產(chǎn)品的水和二氧化碳。在本實(shí)施方案中，消耗區(qū)80是二氧化碳源，通過反應(yīng)器將其用于將氫轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，例如烴或氧化烴。如此，將二氧化碳用作氫的儲(chǔ)存介質(zhì)。此外，可再生能源可提供甲烷作為燃料源而非低質(zhì)量、間歇的電能。以天然氣形式的甲烷長期在數(shù)千英里長的管線中經(jīng)濟(jì)地運(yùn)輸，其中之一從路易斯安那州延至密歇根州?？晒┻x擇地，由于電線的電阻損失，電傳輸幾百英里以上是不經(jīng)濟(jì)的。而且，二氧化碳并未釋放到環(huán)境中，這提供了環(huán)境利益。
現(xiàn)參考附圖8a，顯示了根據(jù)本發(fā)明原則的裝置示意圖，揭示了氫運(yùn)輸?shù)膶?shí)施方案。電解器35從可再生能源15接收能量和水產(chǎn)生氫。如此，電解器35是與反應(yīng)器40相連的氫源。反應(yīng)器40位于反應(yīng)器區(qū)90，其可以是任意合適區(qū)域。二氧化碳源30提供二氧化碳至反應(yīng)器40。反應(yīng)器40使得氫與二氧化碳反應(yīng)形成選自烴和氧化烴的產(chǎn)物50。產(chǎn)物管道60與反應(yīng)器40相連運(yùn)輸產(chǎn)物50至消耗區(qū)80。二氧化碳管道70與消耗區(qū)80相連傳輸二氧化碳至反應(yīng)器區(qū)90。
現(xiàn)參考附圖8b，顯示了根據(jù)本發(fā)明原則的裝置示意圖，揭示了氫儲(chǔ)存的實(shí)施方案。電解器35從可再生能源15接收能量以給反應(yīng)器40提供氫源。反應(yīng)器40結(jié)合氫和二氧化碳形成產(chǎn)物50儲(chǔ)存于提供于儲(chǔ)存區(qū)85的罐(未示出)或任意合適設(shè)備中。產(chǎn)物管道60可與反應(yīng)器40相連運(yùn)輸來自反應(yīng)器區(qū)90的產(chǎn)物50至儲(chǔ)存區(qū)85用于進(jìn)一步的用途。當(dāng)能量需求需要產(chǎn)物50用于消耗時(shí)，產(chǎn)物管道65可用于傳導(dǎo)產(chǎn)物50至消耗區(qū)80。
一旦產(chǎn)物50被消耗，來自消耗區(qū)80的二氧化碳被傳導(dǎo)至儲(chǔ)存區(qū)87儲(chǔ)存于配備在儲(chǔ)存區(qū)87的罐(未示出)或任意合適設(shè)備中。儲(chǔ)存區(qū)87也可用作二氧化碳源30。
現(xiàn)也參考附圖8c，顯示了根據(jù)本發(fā)明原則的裝置示意圖，揭示了用于二氧化碳儲(chǔ)存的可替換實(shí)施方案。電解器35從可再生能源15接收能量以給反應(yīng)器40提供氫源。反應(yīng)器40結(jié)合氫和二氧化碳形成產(chǎn)物50儲(chǔ)存于提供于儲(chǔ)存區(qū)85的罐(未示出)或任意合適設(shè)備中。產(chǎn)物管道60可與反應(yīng)器40相連運(yùn)輸來自反應(yīng)器區(qū)90的產(chǎn)物50至儲(chǔ)存區(qū)85用于進(jìn)一步的用途。當(dāng)能量需求需要產(chǎn)物50用于消耗時(shí)，產(chǎn)物管道65可用于傳導(dǎo)產(chǎn)物50至消耗區(qū)80。
一旦產(chǎn)物50被消耗，來自消耗區(qū)80的二氧化碳被傳導(dǎo)回反應(yīng)器40或排出或隔離，取決于控制閥75的狀態(tài)?？商鎿Q地，二氧化碳可從二氧化碳源30(例如燃煤發(fā)電器、地下井或乙醇生產(chǎn)設(shè)施)提取并由控制閥75引導(dǎo)至反應(yīng)器40或隔離或排出。應(yīng)當(dāng)指出的是本領(lǐng)域中任意合適的儲(chǔ)存和提取二氧化碳技術(shù)均可用于本發(fā)明。
因此，本發(fā)明將二氧化碳作為“氫載體”，其在本發(fā)明體系中循環(huán)流通而非釋放到大氣。在二氧化碳的捕獲昂貴(例如在車輛中)之處，本發(fā)明也可允許二氧化碳釋放到大氣中并且由更容易從非消耗區(qū)(例如從乙醇生產(chǎn)設(shè)施)獲得的二氧化碳代替。
本發(fā)明可適于機(jī)動(dòng)車輛，其由本發(fā)明形成的產(chǎn)品而非氫開動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)該適用性，來自消耗的二氧化碳在使用過程可被保留?？赏ㄟ^提供許多罐使本發(fā)明適用于序列車輛(order vehicles)，此處至少一個(gè)罐包含本發(fā)明形成的產(chǎn)物，且至少另一個(gè)罐用于接收二氧化碳。
可通過將含有二氧化碳的罐排空并用甲烷再填充該排空罐從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充燃料。排出的CO2隨后儲(chǔ)存或提供到反應(yīng)器用于生產(chǎn)。本發(fā)明的儲(chǔ)存和運(yùn)輸體系解決了關(guān)于車輛燃料電池、儲(chǔ)存液化氫和排放物的問題。
成為第一消耗區(qū)的車輛也可將二氧化碳排到大氣，只要其被另一來源(如來自乙醇生產(chǎn))所代替，成為非消耗區(qū)，或成為第二消耗區(qū)的另一消耗區(qū)。車輛也能部分地保留其所產(chǎn)生的二氧化碳，具有所得的回收二氧化碳的部分利益。
應(yīng)當(dāng)指出的是盡管在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中將甲烷參考為反應(yīng)氫和二氧化碳形成的產(chǎn)物，但是任意烴或氧化烴都可代替甲烷。
不希望被理論所束縛，相信更復(fù)雜的烴例如乙烷、丙烷和丁烷可以是用作氫儲(chǔ)存的優(yōu)選產(chǎn)物，因?yàn)橥淄楸葰涓旅艿貎?chǔ)存一樣，更致密地儲(chǔ)存復(fù)雜烴可能比甲烷更容易。
盡管目前的基本設(shè)施支持使用天然氣，但是罐儲(chǔ)存基本設(shè)施對于丙烷C3H8而言是相當(dāng)先進(jìn)的。乙烷C2H6看似比丙烷更難儲(chǔ)存，且比甲烷生產(chǎn)成本更高。
相信從電解氫形成辛烷C8H18在成本上更不允許，但是認(rèn)為是處于本發(fā)明范圍之內(nèi)的。盡管相信乙醇不如鏈烷烴系列CH4、C2H6、C3H8，但是認(rèn)為氧化烴包括乙醇的生產(chǎn)也處于本發(fā)明范圍之內(nèi)。
乙烯C2H4也可為本發(fā)明范圍內(nèi)的產(chǎn)物。既然乙烯具有碳雙鍵，其是鏈烯烴。液化乙烯或乙烷C2H6可儲(chǔ)存于約1200psi的室溫下，而甲烷是7500psi。通過使用例如Sabatier反應(yīng)器，也可將乙烯重整為乙烷或丙烷，其可在250psi的室溫下儲(chǔ)存。
二氧化碳比甲烷重，但是其在低得多的壓力壓縮下液化。二氧化碳需要壓縮到約1000psi來在室溫下作為液體被保留。甲烷需要在室溫下5000-7500psi的壓力來用于高密度儲(chǔ)存。氫在室溫下不能作為液體儲(chǔ)存。
盡管用于從水產(chǎn)生氫的可再生能源在此公開，但應(yīng)當(dāng)指出的是本領(lǐng)域中用于氫的任意其它來源都可替代水。
在前面的討論中公開并描述了本發(fā)明優(yōu)選結(jié)構(gòu)和控制體系。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易認(rèn)識(shí)到根據(jù)這一討論并根據(jù)所附附圖和權(quán)利要求，可作出許多改變、修飾和變化而沒有背離本發(fā)明真實(shí)精神和合理范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于運(yùn)輸氫的裝置，包括氫源；二氧化碳源；反應(yīng)器，其與所述氫源和所述二氧化碳源相連，用于使得氫與二氧化碳反應(yīng)以形成選自烴和氧化烴的產(chǎn)物；和管道，與所述反應(yīng)器相連，用于運(yùn)輸所述產(chǎn)物至消耗區(qū)或儲(chǔ)存區(qū)之一。
2.權(quán)利要求1的裝置，還包括與消耗區(qū)相連的管道，用于運(yùn)輸二氧化碳至反應(yīng)器區(qū)或儲(chǔ)存區(qū)之一。
3.權(quán)利要求1的裝置，其中所述反應(yīng)器是Sabatier反應(yīng)器。
4.權(quán)利要求1的裝置，其中所述氫源是水。
5.權(quán)利要求4的裝置，其中來自可再生能源的可再生能量用于分解水以形成氫。
6.權(quán)利要求1的裝置，其中所述二氧化碳源是消耗區(qū)。
7.權(quán)利要求1的裝置，其中所述產(chǎn)物是甲烷。
8.權(quán)利要求1的裝置，其中來自第一消耗區(qū)的二氧化碳排到大氣且所述二氧化碳源可以是第二消耗區(qū)或非消耗區(qū)。
9.一種運(yùn)輸氫的方法，包括步驟提供氫源；提供二氧化碳源；將氫和二氧化碳傳導(dǎo)至反應(yīng)器；使氫與二氧化碳反應(yīng)以形成選自烴和氧化烴的產(chǎn)物；和運(yùn)輸產(chǎn)物至消耗區(qū)或儲(chǔ)存區(qū)。
10.權(quán)利要求9的方法，還包括將二氧化碳從消耗區(qū)運(yùn)輸至反應(yīng)器區(qū)或儲(chǔ)存區(qū)之一的步驟。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述氫源是水。
12.權(quán)利要求11的方法，還包括使用來自可再生能源的可再生能量分解水以形成氫的步驟。
13.權(quán)利要求10的方法，還包括在第一消耗區(qū)將二氧化碳排到大氣中并提供來自第二消耗區(qū)或非消耗區(qū)之一的二氧化碳。
14.一種通過使用二氧化碳作為儲(chǔ)存介質(zhì)的儲(chǔ)存氫的裝置，包括氫源；二氧化碳源；反應(yīng)器，其與所述氫源和所述二氧化碳源相連，用于使得氫與二氧化碳反應(yīng)以形成選自烴和氧化烴的產(chǎn)物；和儲(chǔ)存設(shè)備，其與反應(yīng)器相連用于儲(chǔ)存該產(chǎn)物。
15.權(quán)利要求14的裝置，還包括與消耗區(qū)相連的管道，用于將二氧化碳運(yùn)輸至反應(yīng)器或儲(chǔ)存設(shè)備之一的步驟。
16.權(quán)利要求14的裝置，其中所述反應(yīng)器是Sabatier反應(yīng)器。
17.權(quán)利要求14的裝置，其中所述氫源是可再生能源。
18.權(quán)利要求17的裝置，其中來自可再生能源的可再生能量用于分解水以形成氫。
19.權(quán)利要求18的裝置，其中所述二氧化碳源是消耗區(qū)。
20.權(quán)利要求14的裝置，其中所述產(chǎn)物是甲烷。
21.一種通過使用二氧化碳作為儲(chǔ)存介質(zhì)的儲(chǔ)存氫的方法，包括步驟提供一定數(shù)量的氫；提供一定數(shù)量的二氧化碳；將氫和二氧化碳導(dǎo)入反應(yīng)器；使一定數(shù)量的氫和一定數(shù)量的二氧化碳反應(yīng)以形成選自烴和氧化烴的產(chǎn)物；和儲(chǔ)存該產(chǎn)物。
22.權(quán)利要求21的方法，其中氫和二氧化碳通過Sabatier反應(yīng)器反應(yīng)。
23.權(quán)利要求21的方法，其中氫和二氧化碳通過光電解設(shè)備反應(yīng)。
全文摘要
一種通過使用二氧化碳作為儲(chǔ)存介質(zhì)的儲(chǔ)存和運(yùn)輸氫的裝置和方法。電解器(20)使用來自可再生能源(15)的能量來通過分解水提供氫。反應(yīng)器(40)通過反應(yīng)氫和二氧化碳(70)形成產(chǎn)物。產(chǎn)物(50)運(yùn)輸?shù)较膮^(qū)(80)或儲(chǔ)存區(qū)(85)?？墒褂脙?chǔ)存設(shè)備(87)來儲(chǔ)存當(dāng)消耗產(chǎn)物時(shí)產(chǎn)生的所保留的二氧化碳(67)。將所保留的二氧化碳運(yùn)輸?shù)椒磻?yīng)器區(qū)(40)與從氫源提供的氫反應(yīng)。
文檔編號(hào)C01B3/00GK1805898SQ200480016432
公開日2006年7月19日 申請日期2004年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
發(fā)明者詹姆斯·H·拜爾 申請人:詹姆斯·H·拜爾