專利名稱：能量的儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于能量的儲(chǔ)存和運(yùn)輸。
背景技術(shù)：
舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)電解過(guò)程施加電將水中的氫與氧解離，可以將電形式的能量以氫 形式儲(chǔ)存。通過(guò)使用熱轉(zhuǎn)化過(guò)程將水中的氫與氧解離，也可以將熱形式的能量以氫形式 儲(chǔ)存。
通過(guò)將氫并入金屬氫化物中可以安全并容易地運(yùn)輸氫。隨后，可以通過(guò)將水與金屬 氫化物混合來(lái)釋放出氫氣，并將其用于向汽車等提供能量。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面中，提供方法，其包括使用電或熱產(chǎn)生氫氣，并將所述氫氣與可泵送流體 合并以形成可泵送儲(chǔ)氫流體。所述可泵送儲(chǔ)氫流體在室溫和室壓下不會(huì)顯著放 出氫氣。
在一方面中，提供方法，其包括使用來(lái)自第一能源的能量在第一地點(diǎn)處從水中釋放 出氫氣，將所釋放的氫氣儲(chǔ)存在金屬氫化物漿液中，并且將所述金屬氫化物漿液運(yùn)輸?shù)?與所述第一地點(diǎn)相距較遠(yuǎn)的第二地點(diǎn)。
在一方面中，提供系統(tǒng)，其包括電解槽，其用以在第一地點(diǎn)處使用來(lái)自第一能源 的能量從水中提取氫氣；和充氫設(shè)備，其與所述電解槽連接。所述充氫設(shè)備具有漿液入 口、漿液出口和能夠?qū)⒊錃湓O(shè)備中的漿液加熱到至少約32(TC的加熱設(shè)備。
在一方面中，提供系統(tǒng)，其包括電解槽，其包括電接頭；和氫化物漿液充氫設(shè)備， 其與所述電解槽連接。
在一方面中，提供系統(tǒng)，其包括第一設(shè)備，其使用來(lái)自第一能源的電來(lái)產(chǎn)生氫氣； 金屬氫化物漿液充氫設(shè)備，其與所述第一設(shè)備連接；金屬氫化物漿液儲(chǔ)存容器，其與所 述金屬氫化物漿液充氫設(shè)備連接；和泵，其用以將所述金屬氫化物漿液充氫設(shè)備中的漿 液泵送到所述金屬氫化物漿液儲(chǔ)存容器中。
具體實(shí)施可能包括下面一或多種。
在一些實(shí)施例中，可泵送惰性流體包含可逆氫化物形成物。在一些實(shí)施例中，可逆 氫化物形成物包括可逆金屬氫化物形成物(例如鎂)和/或可逆金屬合金氫化物形成物。 在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括從金屬氫化物漿液中釋放出氫氣以形成氫氣和至少部分耗盡的金屬氫化物漿液。
在一些實(shí)施例中，所述方法包括將部分耗盡的金屬氫化物漿液從第二地點(diǎn)運(yùn)輸?shù)降?一地點(diǎn)，例如以對(duì)部分耗盡的金屬氫化物漿液再充氫。例如，在一些情況下可通過(guò)在第 一地點(diǎn)處使用來(lái)自第一能源的能量從水中釋放出能量并且將所釋放的氫氣儲(chǔ)存在耗盡 的金屬氫化物漿液中以形成金屬氫化物漿液，而對(duì)部分耗盡的金屬氫化物漿液再充氫。 在一些實(shí)施例中，.金屬氫化物漿液可以經(jīng)歷耗盡與再充氫達(dá)至少50個(gè)周期。
在一些實(shí)施例中，第一能源可包括可再生能源(例如，風(fēng)能、水電能、地?zé)崮?、?洋能、太陽(yáng)能和/或這些能源的組合)。第一能源在一些實(shí)施例中可用于從水中釋放出氫 氣，并且可在第一地點(diǎn)處將氫氣儲(chǔ)存在金屬氫化物漿液中。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)運(yùn) 載工具(例如，軌道車、卡車、油罐車、管道和這些運(yùn)載工具的任何組合)將金屬氫化 物漿液從第一地點(diǎn)運(yùn)輸?shù)降诙攸c(diǎn)。在一些實(shí)施例中，從金屬氫化物漿液中釋放出的氫 氣(例如，在第二地點(diǎn)處)可以用作能源(例如，在燃料電池中)。以這種方式，來(lái)自 第一能源的能量可以被有效地儲(chǔ)存并運(yùn)輸?shù)降诙攸c(diǎn)。在一些實(shí)施例中，第一地點(diǎn)具有 第一能量需求，第二地點(diǎn)具有第二能量需求，并且所述第一能量需求低于所述第二能量 需求。
在一些實(shí)施例中，金屬氫化物漿液包含鎂、氫化鎂和礦物油。在一些實(shí)施例中，金 屬氫化物漿液進(jìn)一步包含分散劑。
在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)能夠保持至少約150psia的充氫設(shè)備壓力。在一些實(shí)施 例中，充氫設(shè)備包含泵，用以通過(guò)漿液出口泵送充氫設(shè)備中的漿液，例如，泵送到與所 述充氫設(shè)備漿液出口連接的儲(chǔ)存容器。在一些實(shí)施例中，充氫設(shè)備包括調(diào)節(jié)器，用以將 充氫設(shè)備中所包含的漿液的溫度保持在不大于約35(TC下。
在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)包括放氫設(shè)備，放氫設(shè)備包括能夠?qū)⑺龇艢湓O(shè)備中所包含 的氫化物漿液加熱到至少約37(TC的加熱設(shè)備。在一些實(shí)施例中，放氫設(shè)備包括氫氣出 口，從氫化物槳液中放出的氫氣可通過(guò)所述出口。
在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)的第一設(shè)備包括電解槽。
在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)包括與儲(chǔ)存容器連接的泵，用以將金屬氫化物漿液儲(chǔ)存容器 中的漿液轉(zhuǎn)移到漿液運(yùn)載工具(例如，卡車、小船、軌道車、管道或這些運(yùn)載工具的任 何組合)上。
在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)包括金屬氫化物漿液放氫設(shè)備，其從金屬氫化物漿液中移出氫。
一般來(lái)說(shuō)，其它方面包括表示為方法、裝置、系統(tǒng)、程序產(chǎn)品和其它方式的上述單
6獨(dú)的和其它組合形式的特征和方面。
這些和其它特征與方面的優(yōu)點(diǎn)包括下述的一個(gè)或多個(gè)。
能量可以在易于獲得能量(例如，從風(fēng)和/或太陽(yáng)獲得)，但對(duì)能量的需求相對(duì)較低 的地方以氫形式儲(chǔ)存，并且運(yùn)輸?shù)侥芰啃枨筝^高的地方。
根據(jù)具體實(shí)施方式
和權(quán)利要求書，將明顯認(rèn)識(shí)到其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是儲(chǔ)存和運(yùn)輸能量的示意圖。 圖2是金屬氫化物充氫設(shè)備的示意圖。 圖3是金屬氫化物放氫設(shè)備的示意圖。
圖4是金屬氫化物漿液充氫與放氫的溫度和壓力與時(shí)間關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
大體而言，提供以氫形式儲(chǔ)存和/或運(yùn)輸能量的系統(tǒng)和方法。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)將氫 并入可逆金屬氫化物漿液中來(lái)儲(chǔ)存氫形式的能量，視漿液所經(jīng)受的條件(例如，熱和/ 或壓力)而定，所述金屬氫化物漿液是一種包括可以可逆方式接受氫原子(可氫化)并 且可放出氫原子(可脫氫)的組分(例如，金屬或金屬合金)的漿液。通常，對(duì)于包括 可逆氫化組分的漿液而言，在大量(例如，80%或更多)的可氫化組分被氫化時(shí)，可將 其描述為"充氫的(charged)";在大量(例如，80%或更多)的可氫化組分未被氫化時(shí)， 可將其描述為"耗盡的(depleted)";或者在漿液含有氫化組分與未氫化組分時(shí)，可將 其描述為"部分充氫的"，其中所存在的氫化組分的量通常占可氫化組分總量的約20% 與80%之間。通常在充氫時(shí)可氫化組分量的85%到95%被氫化而在耗盡時(shí)5%到15%被 氫化。在可接受的最差情況下，可能在充氫時(shí)至少70%被氫化而在耗盡時(shí)為5%。 一般 來(lái)說(shuō)，"充氫"漿液可包括一定含量的未被氫化的可氫化組分，而"耗盡"漿液可包括 一定含量的被氫化的可氫化組分。在決定將漿液視作充氫的還是耗盡的時(shí)，可考慮商業(yè) 因素；例如，當(dāng)漿液具有足夠的氫化物質(zhì)從而在其經(jīng)受放氫時(shí)從所述氫提供所要求量的 能量時(shí)，可將漿液視作"充氫的"。在決定何時(shí)對(duì)漿液充氫時(shí)，可考慮以下因素例如， 氫化漿液的成本和時(shí)f司，漿液到放氫地點(diǎn)的運(yùn)輸成本，和在放氫地點(diǎn)處替代能源的成本。
在圖1中所示的儲(chǔ)存和運(yùn)輸能量IO的實(shí)例中，將在第一地點(diǎn)12 (在這種情況下是 堪薩斯州(Kansas)的風(fēng)車農(nóng)場(chǎng))處可得的能量?jī)?chǔ)存在安全、易于處理的、可運(yùn)輸?shù)降?二地點(diǎn)(在這種情況下是紐約(New York))的介質(zhì)(在這種情況下是可再充氫金屬氫 化物漿液中的氫)中，在第二地點(diǎn)處能量被使用，例如用于能夠作為燃料來(lái)燃燒氫氣的汽車中。
在第一地點(diǎn)12處，風(fēng)引起風(fēng)車15的轉(zhuǎn)子19旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)17發(fā)電。電通過(guò)電 纜16傳送到電解槽20的電接頭18上。所述電解槽是充能系統(tǒng)(energy charging system) 13的一部分，所述充能系糴13也包括充氫設(shè)備30。
使用電，電解槽20將水分離為氫氣23和氧氣25。水通過(guò)管道22從水源21提供。 氫氣23通過(guò)氫氣出口 24和管道26進(jìn)入充氫設(shè)備30中。氧氣25通過(guò)氧氣出口 28從電 解槽20中排出，在氧氣出口 28處可收集氧氣來(lái)進(jìn)一步使用或排放到大氣中。
在一些實(shí)例中，電解槽20在壓力(例如，至少約50psia[磅/平方英寸(絕對(duì)壓力)]) 下將氫氣23泵送到充氫設(shè)備30中并且將充氫設(shè)備的內(nèi)含物保持在壓力下。壓力可在約 100psia或更大、150psia或更大、200psia或更大、250 psia或更大、500psia或更大、 1000 psia或更大、或1500 psia或更大的范圍內(nèi)。壓力水平根據(jù)充氫設(shè)備承受壓力和處 理由反應(yīng)產(chǎn)生的熱量的能力來(lái)設(shè)定。金屬氫化物與氫氣之間的反應(yīng)將產(chǎn)生熱量和充氫的 金屬氫化物。耗盡的金屬氫化物與氫氣的反應(yīng)速率通常隨著壓力升高而加快。最佳系統(tǒng) 可使用在使系統(tǒng)成本最小的情況下最大化系統(tǒng)生產(chǎn)率的氫氣壓力。較高的生產(chǎn)率通常將 需要較小并且可能較廉價(jià)的充氫設(shè)備。另一方面，快速的反應(yīng)速率可能會(huì)產(chǎn)生太多的熱 量以致排熱系統(tǒng)(heat removal system)成本變高。最佳系統(tǒng)可平衡所述成本從而產(chǎn)生最 小成本設(shè)計(jì)。金屬氫化物呈漿液形式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可通過(guò)攪拌漿液來(lái)輔助傳熱。
在一些實(shí)例(圖1中未說(shuō)明)中，將氫氣23收集在氫氣罐中，在那里將氫氣加壓， 隨后將其傳遞到充氧設(shè)備30中v舉例來(lái)說(shuō)，如果將氫氣加壓到某一特定壓力的成本小 于使用在所述壓力下操作的電解設(shè)備的成本，或者如果氫源所處的壓力比充氫設(shè)備所需 的壓力低，那么加壓氫氣罐就可以提供必要壓力下的氫氣。
除氫氣外，加壓充氫設(shè)備30接收耗盡的可逆金屬氫化物漿液34的液流。耗盡的可 逆金屬氫化物漿液可以是尚未被氫化的漿液(例如，新形成的漿液)和/或是已至少部分 脫氫的漿液。下文更詳細(xì)描述各情況。耗盡的可逆金屬氫化物漿液(有時(shí)簡(jiǎn)稱為耗盡漿 液、金屬氫化物漿液或漿液)包括金屬氫化物與呈能夠接受其它氫而形成金屬氫化物的 形式的元素金屬。漿液中金屬氫化物與元素金屬的比例可以是1.2重量％或更大。
耗盡的金屬氫化物漿液中可包括其它組分，例如，載劑液體(carrier liquid)(例如 有機(jī)載劑)和/或用于穩(wěn)定漿液的分散劑(例如甘油三酯或聚丙烯酸(約1%)或油酸(約 0.125%))。耗盡漿液由泵邗通過(guò)管道42從耗盡的可逆金屬氫化物漿液源(例如，耗盡 的金屬氫化物漿液儲(chǔ)存設(shè)備46)吸取并通過(guò)耗盡的金屬氫化物漿液入口 31壓入充氫設(shè) 備30中。隨后使用加熱線圈36加熱加壓充氫設(shè)備30中的漿液。當(dāng)漿液被加熱時(shí)，漿液中的金 屬氫化物能夠進(jìn)一步充入氫氣23，由此金屬氫化物漿液中呈金屬氫化物形式的氫的量增 加。對(duì)于氫化鎂來(lái)^，在氯化物的溫度高于約280'C之前，反應(yīng)速率都極低，因此將氫 化鎂加熱至此溫度可加快初始反應(yīng)。隨后速率通常變快，并且可降低溫度和/或壓力以控 制反應(yīng)速率。通過(guò)這個(gè)過(guò)程，耗盡的金屬氫化物漿液變成充氫的金屬氫化物槳液38，如 下所述。視漿液中所用的金屬氫化物而定，為進(jìn)行充氫將加壓漿液加熱到的溫度可在寬 泛范圍內(nèi)，例如，在約50'C到約35(TC的范圍內(nèi)。對(duì)于氫化鎂來(lái)說(shuō)，充氫范圍是約25(TC 到約40(TC (例如，約260'C到約30(TC)。優(yōu)選的溫度范圍通常將視氫氣與耗盡金屬氫化 物之間的反應(yīng)速率而定。
通常，用于氫化漿液的溫度和壓力將相互依賴，并且將視漿液中所用的金屬類型而 定。舉例來(lái)說(shuō)，氫化鎂需要相對(duì)較高的溫度和壓力從而在可接受的速率下氫化漿液；在 1大氣壓下氫化鎂的平銜辯度是279。C。其它金屬氫化物通?？稍谳^低溫度和/或壓力下 達(dá)到類似的反應(yīng)速率。
在充氫后，將充氫的可逆金屬氫化物漿液38冷卻，例如，冷卻到室溫。冷卻后的 充氫的金屬氫化物漿液38在其溫度保持在冷卻范圍內(nèi)的情況下不釋放顯著量的氫氣， 并因此可安全儲(chǔ)存和/或運(yùn)輸。氫氣的"顯著量"是指大到足以顯著影響放氫地點(diǎn)處可用 的能量或使用漿液作為能源的成本效益(cost-effectiveness)的量，或者是足以造成儲(chǔ)存 和/或運(yùn)輸困難(例如，因產(chǎn)生氫氣而引起的壓力增大所造成的儲(chǔ)存和/或運(yùn)輸困難)的 量。舉例來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，冷卻后的充氫的金屬氫化物漿液釋放不大于其總氫的 約1% (例如，不大于其總氫的約10%、不大于約1%或不大于約0.1%)。在一些情況下， 認(rèn)為氫釋放量將小亍'(甚至本大小于)0.1%。充氫的金屬氫化物漿液不釋放顯著量的氫 的可用溫度范圍視漿液中所用的金屬氫化物而定。對(duì)于氫化鎂來(lái)說(shuō)，在低于約200°C (例 如，低于約IO(TC、低于約8(TC、低于約6(TC或低于約40°C )的溫度下，漿液將不產(chǎn) 生顯著量的氫。其它可逆氫化物通常應(yīng)保持更低溫度。
一旦漿液被充氫，泵48就從充氫的金屬氫化物漿液出口 37通過(guò)管道50將充氫漿 液38泵送到充氫漿液儲(chǔ)存設(shè)備52中，在那里充氫的金屬氫化物漿液可長(zhǎng)期儲(chǔ)存。充氫 漿液儲(chǔ)存設(shè)備52具有出口 56，從而使?jié){液可以通過(guò)泵58被抽入漿液運(yùn)載工具60 (此 處是油罐卡車)中。槳液運(yùn)載工具60可以是能夠長(zhǎng)途搬運(yùn)流體的任何運(yùn)載工具，例如 機(jī)動(dòng)車輛、軌道車、輪船、駁船和管道或其它導(dǎo)管。運(yùn)載工具可以是用于運(yùn)輸汽油的那 一類的卡車。泵58可以是從單個(gè)分配器來(lái)供應(yīng)卡車的加油站(service station)的一部分 或者是可以用于供應(yīng)具有多'+分配器的卡車。
9槳液運(yùn)載工具60將充氫的金屬氫化物漿液38 (包括以氫形式儲(chǔ)存在氫化物中的能 量)從第一地點(diǎn)12運(yùn)輸?shù)降诙攸c(diǎn)62。
在第二地點(diǎn)處，所運(yùn)輸漿液的卸載臺(tái)包括管道76，泵73通過(guò)管道76將漿液從運(yùn)輸 設(shè)備中抽出并將其泵送到充氫漿液儲(chǔ)罐75中。當(dāng)需要?dú)錃鈺r(shí)，利用泵74將充氫漿液從 充氫漿液儲(chǔ)罐75中通過(guò)管遣77泵送到漿液入口 72處并進(jìn)入放氫設(shè)備70中。
放氫設(shè)備含有加熱器78 (例如，加熱線圈)用以將漿液加熱到漿液的金屬氫化物釋 放氫氣的溫度。加熱溫度取決于漿液中金屬氫化物的放氫特性。對(duì)于氫化鎂來(lái)說(shuō)，加熱 溫度是約250。C到約400°C (例如，約290。C到約370。C或約320。C和360。C)。其它氫化 物可具有不同的釋放氫氣的溫度。通常，溫度將至少是約15(TC (例如，至少約8(TC、 至少約100。C、至少約125。C、至少約175。C、至少約200。C、至少約225。C、至少約250°C、 至少約275T、至少約300。C、至少約325。C、至少約350。C、至少約375。C或至少約390°C) 和/或至多約40(TC (例如，至多約390。C、至多約375。C、至多約350°C、至多約325。C、 至多約30(TC、至多約275。C、至啤約250。C、至多約225。C、至多約200。C或至多約175°C)。
放氫設(shè)備通常將在由金屬氫化物的放氫特性和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性所決定的壓力下進(jìn)行操 作。對(duì)于氫化鎂來(lái)說(shuō)，在f近大氣壓或更低的壓力下出現(xiàn)最高放氫速率。然而，如果提 供壓力在30psia到100psia的范圍內(nèi)的氫氣，那么氫氣壓縮機(jī)通常花費(fèi)較小。在這種情 況下，可在30psia到100psia的范圍內(nèi)操作放氫設(shè)備以降低氫氣壓縮機(jī)的成本。通常將 選擇所述的壓力范圍以將系統(tǒng)的成本降到最低。舉例來(lái)說(shuō)，如果氫氣是供燃料電池消耗， 那么所需的壓力可能僅為16 psia到20 psia。在這種情況下，放氫設(shè)備將可能在16 psia 到20 psia的壓力下進(jìn)行操作從而消除對(duì)氫氣壓縮機(jī)的需要。
放氫設(shè)備被設(shè)計(jì)成隔絕空氣和水，特別是氧氣和水。充氫設(shè)備也被設(shè)計(jì)成隔絕空氣 和水，因?yàn)檫@些物質(zhì)會(huì)與金屬氫化物反應(yīng)并阻止其吸收或解吸氫氣。
隨著充氫的金屬氫化物漿液38被加熱并且氫氣23被放出，漿液變成耗盡的金屬氫 化物漿液34 (—種包括小于顯著量的氫的金屬氫化物漿液，例如，因?yàn)橐恍湟褟臐{液 中放出或者因?yàn)闈{液是新形.成的并且尚未被氫化)。用泵84通過(guò)氣體出口 80將耗盡的 可逆漿液抽入漿液運(yùn)載工具60 (例如，其可為運(yùn)載充氫漿液所用的同一卡車)中用于運(yùn) 輸回第一地點(diǎn)12 (或另一再充氫設(shè)施)進(jìn)行再充氫。
將從充氫的金屬氫化物漿液38中放出的氫氣23通過(guò)氣體出口 80排出并收集，例 如裝于氫氣瓶90中。瓶裝氫氣隨后可被用作能源，從而有效地將來(lái)自(例如)堪薩斯 州的風(fēng)力農(nóng)場(chǎng)的能量運(yùn)輸?shù)?例如)能量需求高于堪薩斯州的紐約。例如，瓶裝氫氣可 用于驅(qū)動(dòng)車輛中的燃料電池。舉例來(lái)說(shuō)，氫氣可在加油站從瓶中被放出而進(jìn)入車輛的燃料電池中，或者瓶自身可置于車輛中并可漸進(jìn)地注入車輛的燃料電池中。氫氣可以氣體 或液體形式裝瓶。在一些情況下，氫氣可被用于能源以外的用途。舉例來(lái)說(shuō)，氫氣可在 實(shí)驗(yàn)室研究中用作氣相色譜的載氣，用作需要?dú)涞幕瘜W(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)物，或用作焊接氣 體(例如，代替乙炔)。
在一些實(shí)施例中，可再充氫的金屬氫化物漿液可直接用作車輛的能源，而并非用作 瓶裝氫氣源。例如，可將可再充氫的金屬氫化物漿液直接泵送到車輛中，例如，泵送到 車輛的儲(chǔ)罐中。車輛可具有位于牟輛內(nèi)的放氫設(shè)備，用于放出氫氣來(lái)用作車輛的燃料源。 在一些實(shí)施例中，車輛也可以具有充氫設(shè)備，使得可再充氫的金屬氫化物漿液能夠在車 輛自身內(nèi)進(jìn)行再充氫?？蓪?lái)自氫源的氫氣泵送到車輛的充氫設(shè)備中用以將漿液氫化。
在一些實(shí)施例中，可逆的金屬氫化物漿液最初可在第一地點(diǎn)12處形成，例如，在 充氫設(shè)備30中。為此，可用泵104從惰性液體槽100中通過(guò)惰性液體管道102抽取惰 性液體(例如，礦物油)105并進(jìn)入充氫設(shè)備36中。也包括儲(chǔ)存容器106，用于儲(chǔ)存金 屬氫化物形成物107，例如呈粉末形式的元素金屬。所述儲(chǔ)存容器106通過(guò)導(dǎo)管與充氫 設(shè)備30連接用于向充氫設(shè)備30中轉(zhuǎn)移。或者，儲(chǔ)存容器106和惰性液體設(shè)備100中的 一個(gè)或兩個(gè)都可與充氫設(shè)備拆開；隨后可用手將惰性液體105和/或氫化物形成物107 加入充氫設(shè)備30中/可將其它槳液組分(例如，分散劑和/或氫化催化劑)儲(chǔ)存并加入 充氫設(shè)備30中以形成漿液。氫化物形成物107、惰性液體105和可選的其它成分可在充 氫設(shè)備30中合并而形成初始的耗盡漿液34。
在一些實(shí)例中，可逆的金屬氫化物漿液最初可在另一地點(diǎn)形成并用卡車運(yùn)輸?shù)降谝?地點(diǎn)12以供使用。
盡管圖1中僅顯示具有一臺(tái)充氫設(shè)備的一個(gè)第一地點(diǎn)和具有一臺(tái)放氫設(shè)備的一個(gè)第 二地點(diǎn)，但第一地點(diǎn)可包括多臺(tái)充氫設(shè)備，第二地點(diǎn)可包括多臺(tái)放氫設(shè)備，并且可存在 多個(gè)第一地點(diǎn)和第二地點(diǎn)，從而形成在一些地點(diǎn)獲得并在其它地點(diǎn)使用的能量的分配網(wǎng) 絡(luò)。
在一些實(shí)例中，.漿液通常包括載劑液體(例如有機(jī)載劑)、用于穩(wěn)定漿液的分散劑 (例如甘油三酯)和分散在載劑液體中的可逆的金屬氫化物和/或可逆的金屬氫化物形成 物(即呈元素形式的金屬氫化物的金屬和/或合金)。漿液中氫化物和/或氫化物形成物的 濃度通常在40重量％到80重量％的范圍內(nèi)(例如，50重量％到70重量％或55重量％-60 重量％)。濃度通常取決于經(jīng)選擇用于漿液中的金屬氫化物。使用密度較大的金屬氫化物 將比使用密度較小的金屬氫化物產(chǎn)生更高的金屬氫化物濃度。密度較大的金屬氫化物是 密度為至少約1克/毫升的金屬氫化物，并且包括例如，五鎳化鑭(lanthanumpenta-nickel)，而密度較小助金屬氫化物具有不大于約1克/毫升的密度，并且包括例如， 氫化鋰。氫化鎂漿液可具有至少約50重量％ (例如，至少約55重量％、至少約60重量 %、至少約65重量％、至少約70重量％或至少約75重量％)和/或至多約80重量％ (例 如，至多約75重量％、至多約70重量％、至多約65重量％、至多約60重量％或至多約 55重量％)的氫化物濃度。通常，較高百分比產(chǎn)生較高能量密度(即可從給定體積的漿 液獲得的能量的量)，同時(shí)通常較粘稠并且需要較大的力來(lái)泵送，而較低百分比通常粘 度較小，需要較小的力來(lái)泵送，但產(chǎn)生較低能量密度。
所述漿液可安全儲(chǔ)存和運(yùn)輸,，并且所述氫可易于提取以用作燃料。漿液通常不是高 度可燃的或易燃盼并且可安全處理、儲(chǔ)存和運(yùn)輸。漿液在正常環(huán)境溫度和壓力下穩(wěn)定， 例如，使得氫不會(huì)從氫化f中離解并放出。因?yàn)槭且后w，所以漿液可易于通過(guò)導(dǎo)管泵送 并進(jìn)入儲(chǔ)罐、運(yùn)輸設(shè)備和/或充氫與放氫設(shè)備中。
漿液包括載劑液體，例如懸浮有金屬氫化物和/或可逆的金屬氫化物形成物的惰性液 體。"惰性液體"包括在其使用溫度和壓力下不與H2或金屬氫化物和/或可逆的金屬氫化 物形成物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且就將H2分子離解為原子或防止原子重組為H2分子的催化
能力來(lái)說(shuō)，不會(huì)鈍化氫化物或氫化物形成物的表面的液體。惰性液體能夠溶解可測(cè)量的 量的氫。
在一些實(shí)例中載劑液體是有機(jī)載劑液體，例如礦物油或低分子量烴，例如垸烴(例 如，戊烷或己垸)。其它載劑液體可包括氟化烴(例如全氟癸烷)、基于聚硅氧的(silicone based)溶劑、飽和有機(jī)液體(例如十一烷、異辛烷、辛烷和環(huán)己烷)或高沸點(diǎn)烴的混合 物(例如煤油)，和其混合物。
在一些實(shí)例中，惰性載劑液體是無(wú)毒性的輕礦物油，其顯示在約154'C到約177°C 的范圍內(nèi)的高閃點(diǎn)和在約42賽氏通用秒(Saybolt Universal seconds; S.U.s.)到約59 S.U.s. 的范圍內(nèi)的粘度。礦物油不與金屬氫化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生相對(duì)較低的蒸氣壓，并且 在約-40'C到20(TC的溫度范圍內(nèi)保持液態(tài)。載劑液體使得漿液可泵送并且作為安全液 體，易于儲(chǔ)存或運(yùn)輸。載劑可充當(dāng)氫化物與大氣中的水之間的屏障，減少兩者形成氫氧 化物的反應(yīng)，所述反應(yīng)會(huì)降低漿液儲(chǔ)存和釋放氫氣的能力。使用漿液使得易于加燃料， 如通過(guò)注滿儲(chǔ)罐。其它載劑也可起作用，包括不具有水鍵(water bond)并且優(yōu)選不具 有OH鍵的載劑。基于聚硅氧的載劑也可對(duì)漿液發(fā)揮作用。
在一些情況下，.漿液包括分散劑。例如，分散劑可以是甘油三酯分散劑，其使?jié){液 空間上穩(wěn)定。例如，甘油三酯分散劑可以是油酸的甘油三酯或三油精(triolein)?？墒?用的其它分散劑包括聚合物分散劑，例如海泊姆(Hypemier) LP1。分散劑可以是聚合物分散劑。也可,以使用甘油三酯與聚合物分散劑的組合，并且如果氫化物是氫化鎂， 那么組合可能尤其適用。其它分散劑包括油酸、聚丙烯酸和十六垸基三甲基溴化銨 (hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)。在一些情況下分散劑可以至少約0.05% (例如，至少約0.1%、至少約0.5%、至少約0.75%、至少約1.0%、至少約1.5%、至少 約2.0%、至少約2.5%、至少約3.0%或至少約3.5%)和/或至多約4.0% (例如，至多約 3.5%、至多約3.0%、至多約2.5%、至多約2.0%、至多約1.5%、至多約1.0%、至多約 0.75%、至多約0.5%或至多約0,1%)的濃度存在。舉例來(lái)說(shuō)，包括氫化鎂、輕礦物油和 0.0625% CTAB與1%聚丙烯酸的混合物的摻合物形成穩(wěn)定的漿液。CTAB使得漿液更加 可流動(dòng)而聚丙烯酸有助于將氫化鎂粒子保持在懸浮狀態(tài)。分散劑的一個(gè)功能在于附著在 氫化物粒子上，增卞粒子.在載劑流體中的阻力，從而有助于阻止沉降。分散劑也有助于 防止粒子聚結(jié)。分散劑促i漿液的形成和氫化物在礦物油中的穩(wěn)定。在某些實(shí)施例中分 散劑也可具有表面活性劑性質(zhì)，這也可以對(duì)漿液的形成有用。
金屬氫化物通常是可逆的金屬氫化物，例如可逆的金屬或金屬合金氫化物?？赡娴?氫化物形成物(例如可逆的金屬氫化物形成物)是能夠與氫氣可逆地反應(yīng)以形成氫化物 (即通常視槳液所經(jīng)受的條件而定，能夠可逆地從氫化形式變?yōu)榉菤浠问?的任何物 質(zhì)(例如，任何金屬或合金)。反應(yīng)(簡(jiǎn)化形式)包括使氣態(tài)氫與氫化物形成物接觸。 在金屬氫化物形成物的情況下，這個(gè)反應(yīng)可表示如下
M+x/2H2<~~^M私
其中M是金屬氫化物形成物而X是最終氫化產(chǎn)物中氫原子的數(shù)目。這個(gè)反應(yīng)有時(shí) 被描述為吸附過(guò)程,而#鍵:結(jié)過(guò)程。
反應(yīng)方向由氫氣壓力和/或反應(yīng)溫度決定。在利用氫化鎂的一些實(shí)例中，金屬的氫化 需要約250。C到約400°C (例如，約280。C到約350。C或約290。C到約320°C)的溫度， 而約280。C到約400°C (例如，約30(TC到約380°C、約32(TC到約36(TC或約31(TC到約 340°C)的溫度導(dǎo)致金屬的脫氫。其它氫化物可在顯著更低的溫度和壓力下操作，例如 吸收和解吸溫度為不大于約25(TC (例如，不大于約225'C、不大于約20(TC、不大于約 175°C、不大于約150°C、不大于約125°C、不大于約IO(TC或不大于約80°C)。在某些 實(shí)施例中，合金和/或氫化物的混合物可改善動(dòng)力學(xué)與使用溫度范圍。下文提供其實(shí)例。 通常，對(duì)于金屬的氫化來(lái)說(shuō)，氫氣壓力增大引起氫化反應(yīng)(hydriding reaction)加快和/ 或氫化所需的溫度降低。在7"些情況下，氫氣壓力是至少約15psia(例如，至少約50psia、 至少約100 psia、至少約150 psia、至少約200 psia或至少約250 psia)和/或至多約300 psia (例如，至多約250 psia、至多約200 psia、至多約150 psia、至多約100 psia或至多約
1350 psia)。壓力通常將部分取決于溫度(反之亦然)。舉例來(lái)說(shuō)，盡管氫化鎂漿液在300 r下在150psia的壓力下產(chǎn)生相對(duì)快速的氫氣吸收，但較低溫度也可能提供較快反應(yīng)。
通常，希望反應(yīng)快速'以降低成本。然而，在吸收期間產(chǎn)生熱量并應(yīng)將其從,系統(tǒng)中排 出。高的熱量釋放'速率可簾潛在地分解漿液中的油。在某些實(shí)施例中，可使用溫度與壓 力參數(shù)的組合來(lái)控制反應(yīng)方向和速度，并因此控制所產(chǎn)生的熱量。舉例來(lái)說(shuō)，壓力初始 可相對(duì)較低，而隨后可隨著過(guò)程進(jìn)行而增大。
因?yàn)闅浠磻?yīng)(hydride reaction)是可逆的，所以氫化物形成物的槳液可用于重復(fù) 運(yùn)輸氫形式的能量，多次充氫和放氫(例如，至少約5次、至少約10次、至少約20次、 至少約25次、至少約50次、至少約75次、至少約100次、至少約125次、至少約150 次、至少約250次、至少約500次、至少約1000次或至少約2000次)。通常，充氫/放 氫周期數(shù)越大，那么系統(tǒng)的成本效益越高。舉例來(lái)說(shuō)，在大規(guī)模程度下，以不可逆方式 使用的化學(xué)氫化物漿液(例如，其中氫氣是通過(guò)將金屬氫化物與水混合以形成氫氣和金 屬氫氧化物而放出.;'這在》002年11月14日提出申請(qǐng)的名稱為"氫氣的儲(chǔ)存、制備和 使用(Storage, Generation, and Use of hydrogen)"的美國(guó)申請(qǐng)案第10/044,813號(hào)中被揭 示，并且所述申請(qǐng)案以引用.的方式并入本文中)應(yīng)能夠以每千克氫氣約4美元的成本來(lái) 傳遞氫。如果可逆的氫化鎂漿液僅在傳遞點(diǎn)運(yùn)載一半氫，那么單次使用的氫氣的成本將 是每千克氫氣約8美元。然而，如果可逆的氫化鎂漿液可循環(huán)IOO次，那么氫氣的成本 將降低到大約漿液中所用氡的成本和漿液的運(yùn)輸成本(例如，每千克$1.65 + $0.10 + $8/100 = $1.83)?？赡嫦到y(tǒng)中氫化物漿液的任何再使用都將降低氫氣的成本。在某些實(shí) 例中，對(duì)槳液可充氫和放氫的次數(shù)的一個(gè)限制因素是化學(xué)氫化物形成物的氧化物或氫氧 化物形式的緩慢形成.(例如，由暴露于大氣水分或空氣所造成的)。另一個(gè)可能限制金 屬氫化物漿液壽命的問(wèn)題可.能是對(duì)油和分散劑的破壞。這些問(wèn)題可能影響氫化物漿液每 隔多久就要回到工廠中進(jìn)行回收利用。為了回收利用氫化物漿液，首先將油與固體分離。 隨后將固體重整為純金屬。隨后將金屬熔合以形成新鮮的氫化物形成物并使新鮮的氫化 物形成物與氫氣反應(yīng)形成新鮮的氫化物漿液。
通常，任何可逆的氫化物形成物都是適合的，包括金屬和/或金屬合金氫化物形成物， 例如鎂、釩、FeTi、 CaNi5、 MgNi2、 NaAl或其它金屬氫化物形成物(元素金屬、金屬 合金或金屬間材料)。金屬間氫化物形成物包括LaNU.5A1.5、 LaNis和TiFe.7Mn.2。金屬氫 化物形成物包括過(guò)渡金屬(周期表第IIIA族到第VIIIA族)，包括鑭系元素和錒系元素 系列。它們都具有較大的儲(chǔ)氫能力并且在中等溫度和壓力下容易釋放氫，并且能夠在儲(chǔ) 氫能力很少降低的t聿^下經(jīng)廬許多次吸收和解吸循環(huán)。已知形成可逆地捕獲氫的可逆氫化物的金屬和金屬合金包括如美國(guó)專利第 4,075,312號(hào)中所列的鈦合金、如美國(guó)專利第4,142,300號(hào)中所揭示的鑭合金，和如美國(guó) 專利第4，200，623號(hào)中所示的其它合金。已知形成金屬氫化物的元素金屬描述于W. M. 繆勒(Mueller)、 J. P.布蘭克來(lái)吉(Blackledge)和G. G.利伯維茨(Libowitz)，"金屬氫 化物(Metal Hydrides)",學(xué)術(shù)出版社(Academic Press)，紐約(N.Y.)， 1968年中。這 些專利和參考文獻(xiàn)都以引用的方.式并入本文中。
最初通過(guò)將可邇的氫^物形成物和可選的分散劑加入載劑液體中來(lái)形成漿液。在與 漿液的其它組分混合之前，通常將可逆的氫化物形成物精細(xì)研磨。在一些情況下，首先 將可逆的氫化物形成物粉末與礦物油和分散劑的混合物合并，隨后將其研磨(例如，在 粉碎機(jī)或研磨機(jī)中)以進(jìn)一步降低粒子的尺寸。在一些情況下，最終粒子在其最小尺度 上的尺寸主要為約l微米到約200微米(例如，約1微米到約100微米或約1微米到約 50微米)。在一些情況下，在將漿液充氫之前，將少量氫化物(例如，包括待加入漿液 中的相同可逆氫化物形成物的氫化物)加入漿液中。在一些實(shí)施例中加入氫化物形成物 中的氫化物的量是約1%到約50% (例如，約3%到約20%)。最具成本效益的范圍通常 將視反應(yīng)速率和氫化物形成物的成本而定。對(duì)于氫化鎂來(lái)說(shuō)，所述氫化物可充當(dāng)催化劑， 從而增加通過(guò)可逆的氫化物形成物形成氫化物的速率，例如，如美國(guó)專利5,198,207中 所述，所述專利以引用的方式并入本文中。在一些情況下，例如當(dāng)耗盡漿液是未被充氫 并且未曾放氫的漿液時(shí)，據(jù)假設(shè)一些氫化物保留為氫化物形式并提供催化劑功能，而無(wú) 需加入作為催化劑的化學(xué)氫化物。
漿液的實(shí)例可具有液體狀流動(dòng)特性，使得能夠在漿液的儲(chǔ)存和運(yùn)輸中使用現(xiàn)有的液 體燃料基礎(chǔ)設(shè)施(infrastructure)。載劑液體的性質(zhì)、分散劑的量和氫化物粒子的尺寸都 影響漿液的粘度。漿液中的油可使氫化物避免與空氣中的水分發(fā)生不希望的接觸。漿液 可充當(dāng)由放熱的充氫反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量的耗散路徑。分散劑將氫化物粒子保持在懸浮狀 態(tài)。分散劑附著在粒子上并隔開相鄰粒子以防止粒子的聚結(jié)。
漿液只有在應(yīng)崩(如竭^(guò):噴燈)并保持高溫的情況下才燃燒。在排出熱量后，槳液 的燃燒停止并且火焰熄滅。
漿液通常能夠容納約3重量％與約6重量％之間的氫。在一些實(shí)施例中漿液可吸收 高達(dá)能吸收的氫的理論量的100%。在某些實(shí)施例中漿液可釋放約70%到約98%的所吸 收氫(例如，約80%到98%或90%到98%的所吸收氫)。剩下的殘余氫化物隨后可充當(dāng) 將漿液再充氫的催化劑。
充氫設(shè)備包括容納漿液的容器和用于將其中的槳液加熱到充氫溫度的加熱設(shè)備(例
15如，加熱線圈、熱交換器、加熱塞和/或逆流熱交換器)。充氫設(shè)備也包括氫氣入口和視 情況用于保持容器內(nèi)充氫莊力的壓力調(diào)節(jié)器。因?yàn)槌錃浞磻?yīng)是放熱的，所以充氫設(shè)備可 能包括排熱裝置(例如，熱泵、熱交換器和/或栓塞)用以將進(jìn)行充氫的漿液保持在所要 求的溫度范圍內(nèi)。充氫設(shè)備也可包括攪拌或混合組件用以在整個(gè)漿液中產(chǎn)生更均勻的溫 度分布并促進(jìn)氫在整個(gè)漿液中的分布。
可向充氫設(shè)備供應(yīng)新鮮產(chǎn)生的漿液、耗盡漿液或兩種槳液的組合。
在一些實(shí)例中，例如在圖1中，充氫設(shè)備是逐批(batch-by-batch)進(jìn)行操作的。將 耗盡漿液泵送到設(shè)備中，將設(shè)備加熱并供應(yīng)氫氣，到將漿液充氫時(shí)為止。將壓力排空， 將漿液冷卻，并將架液眾設(shè)備中泵送(例如，泵送到儲(chǔ)罐中)。隨后重復(fù)所述過(guò)程。
在其它實(shí)施例中，充氫設(shè)備是連續(xù)(continuously)操作的，因?yàn)闃菏沁B續(xù)泵送、 加熱、充氫、冷卻和移出。
如圖2中所示，在連續(xù)模式的充氫裝置150中，通過(guò)泵154將耗盡的金屬氫化物漿 液152送入第一段管道156中，在其中通過(guò)加熱線圈158將其加熱到充氫溫度。在加熱 后，將耗盡的金屬氫化物泵送到壓力室(pressure chamber) 160中，壓力室160具有位 于漿液152上方的頂部空間(headspace) 161。通過(guò)氣體入口 163將氫氣162引入頂部 空間161中，在其中氫氣162與漿液152的表面153直接接觸。氫氣162是在足以引發(fā) 氫化反應(yīng)(hydride reaction)的壓力(假定所選溫度)下引入的。結(jié)合漿液的流動(dòng)速率， 壓力室160具有足#的長(zhǎng)度'/，以便使?jié){液在壓力室160中的滯后時(shí)間(lagtime)足以 使?jié){液的充氫實(shí)質(zhì)上完成。隨著耗盡的金屬氫化物漿液152中的金屬被氫化而形成充氫 的金屬氫化物漿液168，漿液放出熱量?？蛇x的熱交換器166收集熱量并將熱量從漿液 傳遞到第一段管道156中，在其中其輔助加熱耗盡的金屬氫化物漿液。 一旦被完全充氫， 漿液就離開壓力室160并進(jìn)入第三段管道172中，在其中將其冷卻到大約室溫，例如通 過(guò)熱交換器166。隨后將充氫的金屬氫化物漿液泵送出充氫設(shè)備150。
在這種配置的變化形式中，可通過(guò)以下步驟來(lái)開始所述方法將一些放氫漿液經(jīng)逆 流熱交換器并接著經(jīng)加熱器(其將使放氫漿液的溫度升高到操作溫度，到存在來(lái)自離開 充氫段的充氫漿液的足夠熱量為止)泵送而隨后進(jìn)入充氫容積內(nèi)，在那里氫氣將與漿液 接觸。耗盡氫化物與氫氣^^間的反應(yīng)將產(chǎn)生熱量，應(yīng)積極排出部分熱量來(lái)將漿液溫度保 持在所要求的反應(yīng)溫度下。在氫化段中幾個(gè)小時(shí)(a couple hours)后，氫化應(yīng)完成并使 充氫的氫化物漿液再回頭通過(guò)逆流熱交換器并進(jìn)入充氫漿液的單獨(dú)容器中。通過(guò)逆流熱 交換器一側(cè)的熱漿液將使其熱量傳遞給通過(guò)逆流熱交換器另一側(cè)的冷耗盡漿液。
通常，放氫設(shè)備與充氫設(shè)備類似。放氫設(shè)備通常包括容納流體的容器和用于將其中
16的漿液加熱到放氫溫度的加熱設(shè)備(例如，加熱線圈、熱交換器和/或加熱塞)。如果利 用氫化鎂，那么放氫M度可以是至少約280'C (例如，至少約30(TC、至少約32(TC、至 少340°C、至少約350°C、至少約360°C、至少約370°C、至少約380。C或至少約390°C) 和/或至多約40(TC (例如，至多約3卯。C、至多約380。C、至多約370。C、至多約360。C、 至多約350°C、至多約340°C、至多約32(TC或至多約300°C)。其它氫化物可在更低的 溫度和壓力下操作。設(shè)備進(jìn)一步包括用于從容器中釋放氫氣的氫氣出口。放氫設(shè)備視情 況進(jìn)一步包括排熱裝置(例如，熱泵、熱交換器或絕熱的逆流熱交換器)用以在漿液被 耗盡可釋放的氫后來(lái)降低漿液的溫度。
在一些實(shí)例中，例如在圖1中，放氫設(shè)備是逐批進(jìn)行操作的。將充氫槳液泵送到設(shè) 備中并加熱，此時(shí)從漿液中放出氫氣。隨后視情況將耗盡漿液冷卻并從設(shè)備中泵送(例 如，泵送到儲(chǔ)罐中)。'隨后重復(fù)所述過(guò)程。
在一些實(shí)例中'，將免感漿液連續(xù)泵送到放氫設(shè)備中，加熱，耗盡，冷卻并移出。圖 3說(shuō)明連續(xù)模式的放氫設(shè)備200的實(shí)例，其中通過(guò)泵204將充氫的金屬氫化物漿液202 送入第一段管道206中，在其中使用加熱線圈208將其加熱到解吸溫度。在加熱后，使 充氫的金屬氫化物漿液202進(jìn)入解吸室210中，解吸室210在漿液202的表面203的上 方具有頂部空間211。氫氣212從充氫漿液202中解吸出來(lái)進(jìn)入頂部空間211中，從此 處通過(guò)氣體出口 212將其排出。壓力閥214可用于控制頂部空間211內(nèi)的壓力。結(jié)合漿 液的流動(dòng)速率，解吸室210管道的長(zhǎng)度/'足以使實(shí)質(zhì)上所有可用的氫解吸。漿液(現(xiàn)在 是耗盡的金屬氫化物漿液216)離開解吸室210并進(jìn)入第三段管道220中，在其中將其 冷卻到大約室溫，視jf況利用熱^換器222，所述熱交換器222吸收來(lái)自耗盡的金屬氫 化物漿液216的熱量并將其施加給進(jìn)入放氫設(shè)備200的充氫的金屬氫化物漿液202。隨 后將耗盡的金屬氫化物漿難216泵送出放氫設(shè)備200 (例如進(jìn)行儲(chǔ)存和/或運(yùn)輸)。
在一些情況下可將壓力.閥214與冷卻系統(tǒng)226連接以冷卻氫氣212并冷凝已揮發(fā)并 隨氫氣212 —起排出的任何油228?？蓪⑷绱死淠娜魏斡?28再加入耗盡的金屬氫化 物漿液216中。在一些情況下氫氣212可通過(guò)過(guò)濾器230 (例如，木炭過(guò)濾器)以去除 任何剩余油或者其它雜質(zhì)。隨后可將現(xiàn)已純化的氫氣212'送入進(jìn)一步處理(例如，裝瓶)。 或者，可將氫氣212'供應(yīng)給耗氫過(guò)程(例如燃料電池或焊接系統(tǒng))。
通常，使用第一能源來(lái)形成或提取被儲(chǔ)存在氫化物漿液中的氫。在某些實(shí)例中第一 能源是在某一特定地點(diǎn)(例如第一地點(diǎn))易于獲得和/或在第二地點(diǎn)不易于獲得和/或不 易于轉(zhuǎn)移到第二地點(diǎn)的能f'。這些能源包括熱或電形式的可再生能源，例如風(fēng)能、地?zé)?能、水電能、海洋能(例如，利用海浪、潮汐能量或利用海洋中所儲(chǔ)存的熱能)、生物能和太陽(yáng)能。這些能源通常不產(chǎn)生溫室氣體并且不會(huì)面臨枯竭。生物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生溫室氣體， 但通常不會(huì)向大氣增加大量的額外溫室氣體，因?yàn)樯镔|(zhì)使用溫室氣體來(lái)形成自身。在 一些實(shí)施例中，核能可用于產(chǎn)生氫氣。在其它實(shí)施例中，通常用作能源的燃料(例如， 煤、石油和/或天然—)可用于產(chǎn)生氫氣。氫氣可在少量地點(diǎn)產(chǎn)生，在這些地點(diǎn)應(yīng)注意減 少由這些燃料的燃燒而造成的污染。
與化石燃料不同，這些能源中許多種能源自身并不易于以未使用的和/或穩(wěn)定的形式 運(yùn)輸。另外，這些能源中許多種能源處于能量需求較低的地點(diǎn)(例如，人口密度低和/ 或工業(yè)化水平低的地區(qū))。舉例來(lái)說(shuō)，如圖1中所述，第一地點(diǎn)12 (堪薩斯州)具有豐 富的可用風(fēng)能，但與美國(guó)其它地區(qū)相比能量需求較低。在一些地點(diǎn)，可用能量大于能量 需求?？蓪⑦@種過(guò)量能量?jī)?chǔ)存并運(yùn)輸?shù)捷^高能量需求的地點(diǎn)。
實(shí)例l
將50重量％氫化鎂與Paratherm NF傳熱油的混合物置于巴爾高壓釜(Parr autoclave) 中，在其中使其經(jīng)受下列實(shí)驗(yàn)條件。在圖4中可見高壓釜的溫度和壓力與時(shí)間的函數(shù)的 曲線圖。
在150psia的壓力下用氫氣將高壓釜凈化五次，以將容器中氣體的氧含量降低到不 大于約2ppm。在每次加壓后和在最后加壓后將容器中的壓力降到大氣壓。將容器加熱 到14(TC，在此溫度下油中的任何水都會(huì)與氫化鎂反應(yīng)形成氫氣。所產(chǎn)生的壓力升高將 會(huì)使所產(chǎn)生的氫氣離開容器并被收集到倒置的填充有水的瓶中；未觀測(cè)到氣泡，說(shuō)明油 中不存在水。
將容器加熱到37(TC (氫氣從氫化鎂中解吸的溫度)，并看到氫氣放出達(dá)約2小時(shí)， 在此期間放出理論上結(jié)合于氫化鎂中的氫的約80%。在置換瓶中水的倒置瓶中測(cè)量所放 出的氫氣。
隨后用150 psia的氫氣對(duì)高壓釜加壓，同時(shí)將溫度保持在約37(TC。在1.4小時(shí)的 過(guò)程中壓力僅降低幾psi，說(shuō)明槳液吸收很少氫氣。隨后將溫度降到約32(TC。在此溫度 下氫氣易于被吸收(即易于并入氫化鎂中)。將系統(tǒng)在這種條件下保持1.5小時(shí)，其中進(jìn) 行一次額外的氫氣加壓，并隨后冷卻。
如在圖4的曲線圖中可見，當(dāng)最初加熱到約37(TC時(shí)，漿液未放出氫氣(由接近0psia 的壓力所指示)。引入設(shè)定量的氫氣，由壓力在約10000秒時(shí)增加到約150psia所指示。 在此溫度和壓力下，漿液不吸收氫氣(由壓力隨時(shí)間保持在約150 psia下所指示)。一 旦溫度降低到約32(TC的吸收溫度，壓力就下降，說(shuō)明氫氣被漿液吸收。壓力降低速率 隨時(shí)間增大。認(rèn)為這是最初形成的氫化鎂充當(dāng)催化劑的作用，其加速氫化反應(yīng)(hydride
18reaction)并以更快的速度利用氫氣。在向系統(tǒng)中加入更多氫氣(由在約18000秒時(shí)壓力 的尖峰所指示)后，壓力降低速率(指示氫氣吸收速率)再次增大，僅在實(shí)驗(yàn)結(jié)束溫度 降低時(shí)減小。
盡管上述實(shí)施例大體涉及在金屬氫化物形成或充氫地點(diǎn)處或附近形成氫氣，但氫氣 自身可被儲(chǔ)存并運(yùn)輸?shù)浇饘贇浠锍錃涞攸c(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，可將氫氣從大規(guī)模甲垸水蒸氣 重整設(shè)備運(yùn)輸?shù)竭b遠(yuǎn)的市場(chǎng)(例如，數(shù)百英里遠(yuǎn)的市場(chǎng))。
其它實(shí)施例在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種方法，其包含使用電或熱產(chǎn)生氫氣；和將所述氫氣與可泵送流體合并以形成可泵送儲(chǔ)氫流體，所述可泵送儲(chǔ)氫流體在室溫和室壓下不會(huì)顯著放出氫氣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述可泵送惰性流體包含可逆氫化物形成物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述可逆氫化物形成物包含金屬或金屬合金。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述可逆氫化物形成物包含鎂。
5. —種方法，其包含使用來(lái)自第一能源的能量在第一地點(diǎn)處從水中釋放出氫氣 將所釋放的氫氣儲(chǔ)存在金屬氫化物漿液中；和將所述金屬氫化物漿液運(yùn)輸?shù)脚c所述第一地點(diǎn)相距較遠(yuǎn)的第二地點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其進(jìn)一步包含從所述金屬氫化物漿液中釋放出所述氫 氣，以形成氫氣和至少部分耗盡的金屬氫化物漿液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其進(jìn)一步包含將所述部分耗盡的金屬氫化物漿液從所 述第二地點(diǎn)運(yùn)輸?shù)剿龅谝坏攸c(diǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包含通過(guò)在所述第一地點(diǎn)處使用來(lái)自所述第 一能源的能量從水中釋放出能量而對(duì)所述耗盡的金屬氫化物漿液再充氫，并且將所 釋放的氫氣儲(chǔ)存在所述耗盡的金屬氫化物漿液中以形成所述金屬氫化物漿液。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其進(jìn)一步包含對(duì)所述耗盡的金屬氫化物漿液再充氫并 從所述金屬氫化物漿液中釋放出氫氣達(dá)至少50個(gè)周期。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其進(jìn)一步包含利用從所述金屬氫化物漿液中釋放的所 述氫氣作為能源。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一能源包含可再生能源。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述可再生能源選自由風(fēng)能、水電能、地?zé)崮堋?海洋能、太陽(yáng)能和這些能源的組合組成的群組。
13. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述所釋放的氫氣是在所述第一地點(diǎn)處儲(chǔ)存在金 屬氫化物漿液中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一地點(diǎn)具有第一能量需求，所述第二地點(diǎn) 具有第二能量需求，并且所述第一能量需求低于所述第二能量需求。
15. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述金屬氫化物漿液是通過(guò)運(yùn)載工具來(lái)運(yùn)輸?shù)模?所述運(yùn)載工具選自由軌道車、卡車、油罐車、管道、駁船和這些運(yùn)載工具的任何組 合組成的群組。
16. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述金屬氫化物槳液包含鎂、氫化鎂和礦物油。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述金屬氫化物漿液進(jìn)一步包含分散劑。
18. —種系統(tǒng)，其包含-電解槽，用以在第一地點(diǎn)處使用來(lái)自第一能源的能量從水中提取氫氣； 充氫設(shè)備，其與電解槽連接，所述充氫設(shè)備包含漿液入口、漿液出口和能夠?qū)⑺?述充氫設(shè)備中的漿液加熱到至少約320'C的加熱設(shè)備。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)能夠?qū)⑺龀錃湓O(shè)備中的壓力保持在 至少約150psia。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，所述充氫設(shè)備進(jìn)一步包含泵，用以通過(guò)所述漿液出 口泵送所述充氫設(shè)備中的漿液。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，所述充氫設(shè)備進(jìn)一步包含調(diào)節(jié)器，用以將所述充氫設(shè)備中所含的漿液的溫度保持在不大于約35(TC下。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含與所述充氫設(shè)備漿液出口連接的儲(chǔ)存 容器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含放氫設(shè)備，所述放氫設(shè)備包含能夠?qū)?所述放氫設(shè)備中所含的氫化物漿液加熱到至少約37(TC的加熱設(shè)備。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，所述放氫設(shè)備進(jìn)一步包含氫氣出口，從氫化物漿液 中放出的氫氣可通過(guò)所述氫氣出口 。
25. —種系統(tǒng)，其包含電解槽，其包括電接頭；和 氫化物漿液充氫設(shè)備，其與所述電解槽連接。
26. —種系統(tǒng)，其包含-第一設(shè)備，其使用來(lái)自第一能源的電產(chǎn)生氫氣； 金屬氫化物漿液充氫設(shè)備，其與所述第一設(shè)備連接；金屬氫化物漿液儲(chǔ)存容器，其與所述金屬氫化物漿液充氫設(shè)備連接；和 泵，用以將所述金屬氫化物漿液充氫設(shè)備中的漿液泵送到所述金屬氫化物漿液儲(chǔ) 存容器中。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述第一設(shè)備包含電解槽。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含與所述儲(chǔ)存容器連接的泵，用以將所 述金屬氫化物漿液儲(chǔ)存容器中的漿液轉(zhuǎn)移到漿液運(yùn)載工具中。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述漿液運(yùn)載工具選自由卡車、小船、軌道車、 駁船、管道和這些運(yùn)載工具的任何組合組成的群組。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含金屬氫化物漿液放氫設(shè)備，其從金屬 氫化物漿液中移出氫氣。
全文摘要
本文中，使用來(lái)自第一能源的能量在第一地點(diǎn)處從水中釋放出氫氣；將所釋放的氫氣儲(chǔ)存在金屬氫化物漿液中；并且將所述金屬氫化物漿液運(yùn)輸?shù)脚c所述第一地點(diǎn)相距較遠(yuǎn)的第二地點(diǎn)。
文檔編號(hào)C25B1/02GK101448979SQ200780012184
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者安德魯·W·麥克萊恩, 肯尼思·布朗 申請(qǐng)人:安全氫有限公司