生物质制氢技术最新PPT课件
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制氢工艺技术PPT
氢气的化学性质
氢能与很多物质进行化学反应，在进行化学反 应形成化合物时其价键具有特征。氢原子失去 其ls电子就成为H+离子，实际上就是氢原子核 或质子。质子的半径比氢原子的半径要小许多 倍，使质子有相对很强的正电场。因此它总是 同别的原子或分子结合在一起形成新的物质。 如加氢反应就是将氢气加到各种化合物上的反 应。如甲烷化反应：
甲烷化催化剂
催化剂的主要化学组分为Ni0、Al203，使用时还原为金 属镍。主要毒物为硫、砷、钒、碳酸钾和羰基镍等。对 于甲烷化催化剂，硫是永久性毒物，这是因为操作温度 较低，活性镍一旦与硫化氢生成Ni2S3后，即使除去H2S， 也无法被氢气再还原为活性状态。研究表明，甲烷化催 化剂中吸硫达到0.15％～0.2％时活性丧失50％，若达到 0.5％则活性全部丧失。希望进甲烷化催化剂的原料气中 硫含量越低越好，一般要小于0.1ppm。甲烷化工序设在 脱碳之后，各种脱碳液带入均会造成不同的毒害。砷是 永久性毒物，催化剂中砷含量达到0.1％时便严重失活。 甲烷化催化剂在150℃以下操作时，活性镍与一氧化碳 会反应生成羰基镍Ni(CO)4，这是对人剧毒的挥发物， 还造成催化剂中镍的流失，严重降低活性。因此，在床 层降温至150℃以下时不能再通工艺气，应改用氮、氢 气氛
催化剂
反应
毒物
加氢，脱氢
Ni，Pt，
Pd，Cu
氧化
Co Ag V2O5,V2O3
Fe
SiO2-Al2O3
加氢裂解 氧化 氧化 合成氨 加氢 氧化
费-托合成 裂化
S,Se,Te,P,As,Sb,Bi,Zn,卤化物， Hg,Pb,NH3,吡啶，O2,CO（<180℃）
铁的氧化物，银化合物，砷化物，乙炔， H2S,pH3
《生物质制氢技术》课件
宣传推广
加强对生物质制氢技术的宣传和推广，提高社会认知度和接受度 ，促进技术的普及和应用。
技术创新与突破
研发支持
加大对生物质制氢技术研发的投入，鼓励科研机构和企业进行技 术创新，提高技术水平和竞争力。
技术交流与合作
加强国际间的技术交流与合作，引进先进技术，推动技术进步和产 业升级。
人才培养
重视人才培养，加强生物质制氢领域的人才队伍建设，为技术创新 提供人才支撑。
降低成本是生物质制氢技术推广 应用的关键，需要加强副产物的 资源化利用和降低能耗等方面的 研究。
开发新型生物质资源是解决生物 质资源多样化问题的有效途径， 可以探索利用木质纤维素等新型 生物质资源进行制氢。
04
生物质制氢的环保与经济性 分析
环保性分析
减少温室气体排放
01
生物质制氢过程中产生的二氧化碳与生物质生长过程中吸收的
生物质来源
生物质主要来源于农业废弃物、林业废弃物、畜禽粪便、城 市垃圾和废水等。
生物质转化
生物质通过热解、气化、发酵等过程转化为氢气和其他有用 物质。
生物质气化制氢
原理
生物质在高温条件下，经过气化反应将有机物转化为合成气，其中含有氢气、 一氧化碳、二氧化碳等。
工艺流程
生物质经过干燥、粉碎后，进入气化炉进行气化反应，生成的气体经过冷却、 净化后得到氢气。
二氧化碳达到平衡，从而减少温室气体排放。
废弃物资源化利用
02
生物质废弃物如农业废弃物、林业废弃物等可用于制氢，实现
废弃物的资源化利用，降低环境污染。
替代化石燃料
03
生物质制氢可以替代传统的化石燃料，减少对化石燃料的依赖
，降低空气污染和碳排放。
经济性分析
加强对生物质制氢技术的宣传和推广，提高社会认知度和接受度 ，促进技术的普及和应用。
技术创新与突破
研发支持
加大对生物质制氢技术研发的投入，鼓励科研机构和企业进行技 术创新，提高技术水平和竞争力。
技术交流与合作
加强国际间的技术交流与合作，引进先进技术，推动技术进步和产 业升级。
人才培养
重视人才培养，加强生物质制氢领域的人才队伍建设，为技术创新 提供人才支撑。
降低成本是生物质制氢技术推广 应用的关键，需要加强副产物的 资源化利用和降低能耗等方面的 研究。
开发新型生物质资源是解决生物 质资源多样化问题的有效途径， 可以探索利用木质纤维素等新型 生物质资源进行制氢。
04
生物质制氢的环保与经济性 分析
环保性分析
减少温室气体排放
01
生物质制氢过程中产生的二氧化碳与生物质生长过程中吸收的
生物质来源
生物质主要来源于农业废弃物、林业废弃物、畜禽粪便、城 市垃圾和废水等。
生物质转化
生物质通过热解、气化、发酵等过程转化为氢气和其他有用 物质。
生物质气化制氢
原理
生物质在高温条件下，经过气化反应将有机物转化为合成气，其中含有氢气、 一氧化碳、二氧化碳等。
工艺流程
生物质经过干燥、粉碎后，进入气化炉进行气化反应，生成的气体经过冷却、 净化后得到氢气。
二氧化碳达到平衡，从而减少温室气体排放。
废弃物资源化利用
02
生物质废弃物如农业废弃物、林业废弃物等可用于制氢，实现
废弃物的资源化利用，降低环境污染。
替代化石燃料
03
生物质制氢可以替代传统的化石燃料，减少对化石燃料的依赖
，降低空气污染和碳排放。
经济性分析
第十章 生物质制氢PPT课件
第十章 生物质制氢
1. 基本理论 2. 主要的生物制氢技术及其发展现状 3. 生物制氢存在的问题及展望
第一节 基本理论
一、氢能的特点 作为能源，氢有以下特点： （1）所有元素中，氢重量最轻。 （2）氢是极好的传热载体。 （3）存储量大。 （4）氢的发热值高。 （5）氢燃烧性能好。
（6）氢本身无毒。 （7）氢循环使用性好。 （8）氢能利用形式多。 （9）氢能适应储运及各种应用环境的不同要
• 虽然在标准状况下NADH+H+转化为H2的过 程不能自发进行，但在NADH铁氧还蛋白和 铁氧还蛋白酶和铁氧还蛋白氢酶作用下， 该反应能进行。
• 可溶性碳水化合物（如葡萄糖、蔗糖、乳 糖和淀粉等）的发酵以丁酸型发酵为主。
• 含氮有机化合物的酸性发酵，难降解碳水 化物得厌氧发酵表现为丙酸型发酵途径。
①预处理环节
木质纤维素结构复杂，需要对原料进行预 处理，以去除部分或全部木质素，溶解半 纤维素，或破坏纤维素的晶体结构，从而 减少聚合度，增加孔隙度和表面积等，以 促进酶与底物相互接触并反应，提高酶解 速率和糖得率。
理想的预处理方法应满足： ① 有利于酶水解过程的糖化； ② 避免碳水化合物的降解或损失； ③ 避免生成对后续水解或发酵有害的副产品； ④ 经济可行。
（一）光合制氢技术 1、原料特点
光合微生物制氢是指利用光合细菌或微藻 将太阳能转化为氢能。
光合细菌的优点：
① 容易培养并且可以利用多种有机废弃物为产氢 原料，具有较高的理论转化率；
② 可利用的太阳光谱范围较宽，比蓝细菌和绿藻 的吸收光谱范围更广泛，具有较高的光合转化 潜力
③ 产氢需要克服的自由能较小，乙酸光合细菌产 氢的自由能只有+8.5KJ/mol；
（二）产氢途径 1、光合产氢途径
1. 基本理论 2. 主要的生物制氢技术及其发展现状 3. 生物制氢存在的问题及展望
第一节 基本理论
一、氢能的特点 作为能源，氢有以下特点： （1）所有元素中，氢重量最轻。 （2）氢是极好的传热载体。 （3）存储量大。 （4）氢的发热值高。 （5）氢燃烧性能好。
（6）氢本身无毒。 （7）氢循环使用性好。 （8）氢能利用形式多。 （9）氢能适应储运及各种应用环境的不同要
• 虽然在标准状况下NADH+H+转化为H2的过 程不能自发进行，但在NADH铁氧还蛋白和 铁氧还蛋白酶和铁氧还蛋白氢酶作用下， 该反应能进行。
• 可溶性碳水化合物（如葡萄糖、蔗糖、乳 糖和淀粉等）的发酵以丁酸型发酵为主。
• 含氮有机化合物的酸性发酵，难降解碳水 化物得厌氧发酵表现为丙酸型发酵途径。
①预处理环节
木质纤维素结构复杂，需要对原料进行预 处理，以去除部分或全部木质素，溶解半 纤维素，或破坏纤维素的晶体结构，从而 减少聚合度，增加孔隙度和表面积等，以 促进酶与底物相互接触并反应，提高酶解 速率和糖得率。
理想的预处理方法应满足： ① 有利于酶水解过程的糖化； ② 避免碳水化合物的降解或损失； ③ 避免生成对后续水解或发酵有害的副产品； ④ 经济可行。
（一）光合制氢技术 1、原料特点
光合微生物制氢是指利用光合细菌或微藻 将太阳能转化为氢能。
光合细菌的优点：
① 容易培养并且可以利用多种有机废弃物为产氢 原料，具有较高的理论转化率；
② 可利用的太阳光谱范围较宽，比蓝细菌和绿藻 的吸收光谱范围更广泛，具有较高的光合转化 潜力
③ 产氢需要克服的自由能较小，乙酸光合细菌产 氢的自由能只有+8.5KJ/mol；
（二）产氢途径 1、光合产氢途径
第十章生物质制氢最全PPT
2、发酵产氢途径
发酵产氢过程实际上时生物氧化的一种方 式，由一系列的酶、辅酶和电子传递中间 体共同参与完成。微生物发酵产氢的途径 有两种：
① 丙酮酸脱羧产氢，在丙酮酸脱羧形成乙酰 的过程中，脱下的氢经铁氧还原蛋白的传 递作用形成氢分子；
② 辅酶I的氧化与还原平衡调节产氢。
（1）丙酮酸脱羧产氢
• 第一种是丙酮酸首先在丙酮酸脱氢酶的作 用下脱羧，形成TPP-E的复合物，将电子转 移给还原态的铁氧还蛋白，然后在氢酶的 作用下被重新氧化成氧化态的铁氧还蛋白， 产生分子氢；
（三）其他产氢机理-产氢产乙酸细菌的产氢作用
产氢产乙酸细菌将产酸发酵第一阶段产酸 的乙酸、丁酸、戊酸、乳酸和乙醇等进一 步转化为乙酸，同时释放分子氢。
第二节 主要的生物制氢技术及其发展现状
根据转化利用方法的不同，可将生物制氢 分为： ➢生物（微生物）制氢 ➢热化学转化制氢
一、生物（微生物）制氢
• 第二种是通过甲酸裂解的途径产氢，丙酮 酸脱羧后形成的甲酸以及厌氧环境中CO2和 H+生成的甲酸，通过铁氧还蛋白和氢酶作 用分解为CO2和H2。
（2）辅酶I的氧化与还原平衡调节产氢
在碳水化合物发酵过程中，经EMP途径产生 （9）氢能适应储运及各种应用环境的不同要求。
生物制氢的现象在100多年前已被发现。 产氢产乙酸细菌将产酸发酵第一阶段产酸的乙酸、丁酸、戊酸、乳酸和乙醇等进一步转化为乙酸，同时释放分子氢。
的还原型辅酶I通过与丙酸、丁酸、乙酸和 终产物中氢气组成达95%以上；
（1）所有元素中，氢重量最轻。 （4）混合细菌发酵产氢过程中彼此之间的抑制、发酵末端产物对细菌的反馈抑制等。
乳酸等发酵过程相耦联经氧化为氧化型辅 光合微生物制氢是指利用光合细菌或微藻将太阳能转化为氢能。
生物质制氢技术
• 自然界中的氢都是以氢化合物的形式存在，所以氢能制备 都必须以含氢化合物为资源，任何制氢工艺都是能量转移 的过程。
• 氢作为最有发展前景的清洁能源，可以直接作为内燃机、 燃料电池、热核反应等动力设备的燃料而加以利用。
1.1 氢的性质与氢能利用
• 1.1.1氢的性质
• 物理性质
通常状况下氢气是无色、无味、无毒的气体，极难溶于水， 不易液化。 氢气是所有气体中最轻的，只有空气密度的1/14。氢有固、 液、气三态，在液化和固化后质量密度和能量密度都大大 提高。 在所有的气体中，氢的比热容最大、热导率最高、黏度最 低，是良好的冷却工质和载热体。 氢的热值很高，约为汽油热值的3倍，高于所有的化石燃 料和生物质燃料，且燃烧效率很高。
1.1.2 氢能的特点
• 氢能是氢所含有的能量，是一次能源的转 换储存形式，是一种二次能源。
• ①是最洁净的燃料 ②是可储存的二次能源 ③氢能的效率高 ④氢的资源丰富
1.1.3主要的制氢工艺
水制氢、化石能源制氢、生物质制氢
• 水制氢
类别
工艺类型
水电 解制 氢
热化 学制 氢
普通水电解制氢、 重水电解制氢、 煤水浆电解制氢、 超临界压力电解水制氢 煤制氢、 气体原料制氢、 液体化石能源制氢等
生物质制氢是宇宙中最为丰富的元素，在地球上广泛存在于水、甲 烷、氨以及各种含氢的化合物中，氢可以通过各种一次能 源得到，也可以通过可再生能源或二次能源开采。
• 氢能是环境友好型能源，清洁无污染，燃烧热值高，便于 储存，是解决目前全球能源紧缺和环境污染问题的理想能 源。
• (3)用于热核反应
氢的同位素氘和氚是核聚变反应最为常见的原料。
地球上海水中含有的氘超过4．0×1013 t。1L海水中的氘，经过核聚变产生的 能量，相当于300 L汽油燃烧后释放的能量。如果把自然界的氘和氚全部用于 核聚变，其产生的能足够让人类用100亿年。
• 氢作为最有发展前景的清洁能源，可以直接作为内燃机、 燃料电池、热核反应等动力设备的燃料而加以利用。
1.1 氢的性质与氢能利用
• 1.1.1氢的性质
• 物理性质
通常状况下氢气是无色、无味、无毒的气体，极难溶于水， 不易液化。 氢气是所有气体中最轻的，只有空气密度的1/14。氢有固、 液、气三态，在液化和固化后质量密度和能量密度都大大 提高。 在所有的气体中，氢的比热容最大、热导率最高、黏度最 低，是良好的冷却工质和载热体。 氢的热值很高，约为汽油热值的3倍，高于所有的化石燃 料和生物质燃料，且燃烧效率很高。
1.1.2 氢能的特点
• 氢能是氢所含有的能量，是一次能源的转 换储存形式，是一种二次能源。
• ①是最洁净的燃料 ②是可储存的二次能源 ③氢能的效率高 ④氢的资源丰富
1.1.3主要的制氢工艺
水制氢、化石能源制氢、生物质制氢
• 水制氢
类别
工艺类型
水电 解制 氢
热化 学制 氢
普通水电解制氢、 重水电解制氢、 煤水浆电解制氢、 超临界压力电解水制氢 煤制氢、 气体原料制氢、 液体化石能源制氢等
生物质制氢是宇宙中最为丰富的元素，在地球上广泛存在于水、甲 烷、氨以及各种含氢的化合物中，氢可以通过各种一次能 源得到，也可以通过可再生能源或二次能源开采。
• 氢能是环境友好型能源，清洁无污染，燃烧热值高，便于 储存，是解决目前全球能源紧缺和环境污染问题的理想能 源。
• (3)用于热核反应
氢的同位素氘和氚是核聚变反应最为常见的原料。
地球上海水中含有的氘超过4．0×1013 t。1L海水中的氘，经过核聚变产生的 能量，相当于300 L汽油燃烧后释放的能量。如果把自然界的氘和氚全部用于 核聚变，其产生的能足够让人类用100亿年。
《制氢工艺技术》课件
《制氢工艺技术》PPT课件
目 录
• 制氢工艺技术概述 • 制氢工艺的主要类型 • 制氢工艺技术的经济性分析 • 制氢工艺技术的发展趋势与展望
01
制氢工艺技术概述
氢气的性质与用途
氢气的性质
氢气是一种轻质、易燃易爆、无色无 味的可燃气体，具有很高的热值和能 量密度。
氢气的用途
氢气是重要的工业原料，广泛应用于 化工、石油、冶金等领域，同时也是 燃料电池的主要燃料。
环境压力
传统化石能源的使用对环境造成了巨大的压力， 发展制氢技术有助于减少温室气体排放，缓解环 境压力。
产业升级
制氢技术的发展对于推动相关产业升级和转型具 有重要意义，能够带动一系列产业链的发展。
02
制氢工艺的主要类型
天然气制氢
天然气蒸汽转化制氢
将天然气与水蒸气在高温下反应，通过转化反应将天然气转 化为氢气和一氧化碳的混合气体，再通过一氧化碳变换反应 进一步制取高纯度氢气。
制氢技术的经济性评价方法
投资回收期法
通过计算投资回报率来评估技术的经济性。
净现值法
考虑资金的时间价值，通过比较不同方案的 净现值来选择最优方案。
内部收益率法
计算投资方案的内部收益率，以评估其盈利 能力。
制氢工艺技术的经济性比较与选择
1
比较不同制氢技术的成本与效益，选择经济性更 优的方案。
2
考虑环境影响，权衡经济效益与环境成本。
开发新型反应器结构
研究新型反应器结构，提高反应器的传热、 传质性能。
加强副产物的回收与利用
副产物分离与回收
研究高效的副产物分离和回收技术， 提高副产物的回收率。
副产物资源化利用
将副产物转化为有价值的资源，实现 副产物的资源化利用。
目 录
• 制氢工艺技术概述 • 制氢工艺的主要类型 • 制氢工艺技术的经济性分析 • 制氢工艺技术的发展趋势与展望
01
制氢工艺技术概述
氢气的性质与用途
氢气的性质
氢气是一种轻质、易燃易爆、无色无 味的可燃气体，具有很高的热值和能 量密度。
氢气的用途
氢气是重要的工业原料，广泛应用于 化工、石油、冶金等领域，同时也是 燃料电池的主要燃料。
环境压力
传统化石能源的使用对环境造成了巨大的压力， 发展制氢技术有助于减少温室气体排放，缓解环 境压力。
产业升级
制氢技术的发展对于推动相关产业升级和转型具 有重要意义，能够带动一系列产业链的发展。
02
制氢工艺的主要类型
天然气制氢
天然气蒸汽转化制氢
将天然气与水蒸气在高温下反应，通过转化反应将天然气转 化为氢气和一氧化碳的混合气体，再通过一氧化碳变换反应 进一步制取高纯度氢气。
制氢技术的经济性评价方法
投资回收期法
通过计算投资回报率来评估技术的经济性。
净现值法
考虑资金的时间价值，通过比较不同方案的 净现值来选择最优方案。
内部收益率法
计算投资方案的内部收益率，以评估其盈利 能力。
制氢工艺技术的经济性比较与选择
1
比较不同制氢技术的成本与效益，选择经济性更 优的方案。
2
考虑环境影响，权衡经济效益与环境成本。
开发新型反应器结构
研究新型反应器结构，提高反应器的传热、 传质性能。
加强副产物的回收与利用
副产物分离与回收
研究高效的副产物分离和回收技术， 提高副产物的回收率。
副产物资源化利用
将副产物转化为有价值的资源，实现 副产物的资源化利用。
《制氢技术简介》PPT课件
3. 水分解制氢
利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而，太阳能的收集、 高品质热能和电能的产生方法，都是首先要解决的问题。
全球年产氢： 5000亿Nm3 化石燃料制氢 占96%
合成氨：50％ 石油精练：37％ 甲醇合成：8％
五、制氢技术简介
1、化石燃料制氢 (1) 甲烷重整(Steam Methane (2) 天然气热解制氢
2、光电转换
Fuels CO2
O2
H2
e
a) 光伏电池
Sugar
b) 光电化学电池
c) 染料敏化光电化学电
H 2O
池
O2
sc
M
H2O
3、光－化学能转换
Photosynthesis Semiconductor/Liquid Junctions
太阳能 ＋ 水 ＝ 氢？
三、氢能经济的缘起
氢能经济的设想
Chrysler Natrium 车(2001)
2、电解水制氢 0.401V
负极： 2H2O + 2e 2OH－ + H2 φ =－ 理论分解电压10.2.832V8，V每1Kg氢电耗为 32.9 KWh 。实际为～
46.8KWh。
(1) 碱性水溶液电解
(2) 质子膜电解水发生器
2OH- H2O＋ ½O2+2e
2H2O+2e 2OH- + H2
五、制氢技术简介
4、光催化制氢体系
半导体光 催化制氢
Z-型体系 光催化法
悬浮体系 光催化法
光电化学 体系制氢
M.Gratzel, et al, Nature, 1991, 353: 737; Nature,et al, Science, et al., Nature, 2001, 414, 625.
生物制氢PPT课件
6.1.2 生物制氢
优点：
• 耗能低、效率高； • 清洁、节能和可再生； • 原料成本低，制氢过程不污染环境； • 一些生物制氢过程具有较好的环境效益
生物制氢的方法
生物制氢研究发展历程
• 100多年前科学家们发现在微生物作用下， 通过蚁酸钙的发酵可以从水中制取氢气。
• 1931年，Stephenson发现了细菌中的氢 酶可以催化氢气与氢离子的可逆反应。
3.光发酵系统
（1）消除其他竞争性微生物，以减少对营养 的消耗；
（2）共培养利用不同光能的微生物
4.暗发酵生物制氢技术
（1）研究气体快速分离技术，减少因氢、二 氧化碳分压增加抑制产氢速率———膜技术 的使用；
（2）防止因一氧化碳积累对PEMFC的毒害；
（3）诱变高产氢能力的菌株；
（4）优化反应器的设计—如固定床的使用
光合微生物产氢
投入：光能 产出：氢气
光合微生物产氢
直接光解产氢 间接光解产氢 光发酵产氢
• 光能
直接光解产氢
光能自养型微生物
氢气
• 特点：直接利用光能产生氢气
例－绿藻
• 绿藻属于人类已知的最古老植物之一，通过 进化形成了能生活在两个截然不同的环境中 的本领。
• 当绿藻生活在平常的空气和阳光中时，它像 其他植物一样具有光合作用。光合作用利用 阳光，水和二氧化碳生成氧气和植物维持生 命所需要的化学物质。
• 目前己发现两种无色硫细菌Rubrivivax gelatinosus和Rubrivivax rubrum能进行 如下反应 ：
• CO(g) + H2O(l) CO2(g) + H2(g)
• 这提供了利用合成气转换制氢的新途径
• 微生物水气转换制氢
优点：
• 耗能低、效率高； • 清洁、节能和可再生； • 原料成本低，制氢过程不污染环境； • 一些生物制氢过程具有较好的环境效益
生物制氢的方法
生物制氢研究发展历程
• 100多年前科学家们发现在微生物作用下， 通过蚁酸钙的发酵可以从水中制取氢气。
• 1931年，Stephenson发现了细菌中的氢 酶可以催化氢气与氢离子的可逆反应。
3.光发酵系统
（1）消除其他竞争性微生物，以减少对营养 的消耗；
（2）共培养利用不同光能的微生物
4.暗发酵生物制氢技术
（1）研究气体快速分离技术，减少因氢、二 氧化碳分压增加抑制产氢速率———膜技术 的使用；
（2）防止因一氧化碳积累对PEMFC的毒害；
（3）诱变高产氢能力的菌株；
（4）优化反应器的设计—如固定床的使用
光合微生物产氢
投入：光能 产出：氢气
光合微生物产氢
直接光解产氢 间接光解产氢 光发酵产氢
• 光能
直接光解产氢
光能自养型微生物
氢气
• 特点：直接利用光能产生氢气
例－绿藻
• 绿藻属于人类已知的最古老植物之一，通过 进化形成了能生活在两个截然不同的环境中 的本领。
• 当绿藻生活在平常的空气和阳光中时，它像 其他植物一样具有光合作用。光合作用利用 阳光，水和二氧化碳生成氧气和植物维持生 命所需要的化学物质。
• 目前己发现两种无色硫细菌Rubrivivax gelatinosus和Rubrivivax rubrum能进行 如下反应 ：
• CO(g) + H2O(l) CO2(g) + H2(g)
• 这提供了利用合成气转换制氢的新途径
• 微生物水气转换制氢
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? 产物的有效成分有：H 、CO、CH 、CO 等→需进行气体
2
4
2
分离以得到纯氢
1、生物质催化气化制氢技术
? 生物质催化气化制氢的主要流程如下，三个过程决定最终 氢气的产量和质量，即生物质气化过程、合成气催化变换 过程和氢气分离、净化过程。
生物质气化
? 生物质热化学气化是指将预处理过的生物质在气化介质中 如：空气、纯氧、水蒸气或这三者的混合物中加热至 700℃以上，将生物质分解为合成气。
? 各种矿物燃料制氢如天然气催化蒸汽重整等，但其作为非可再生能源， 储量有限，且制氢过程会对环境造成污染。
? 利用可再生能源，如太阳能、海洋能、地热能、生物质能来制取氢气 是极具有吸引力和发展前途的。
§4.2 生物质热化学转换法制氢
? 为化学工程过程
? 以生物质为原料，以氧气（空气）、水蒸气或氢气等作为 气化剂，在高温条件下通过热化学反应将生物质中可以燃 烧的部分转化为可燃气的过程
? （3） 循环流化床气化炉（CFBG） 物料被加进高温流化床后，发生快速热分解，生成气体、焦炭和焦油，焦炭随上升气流与CO2和
水蒸气进行还原反应，焦油则在高温环境下继续裂解，未反应完的炭粒在出口处被分离出来，经循 环管送入流化床底部，与从底部进入的空气发生燃烧反应，放出热量，为整个气化过程供热。由上 述分析可知，CFBG的热解反应处于高温区，并且CFBG的传热条件好，加热速率高，可操作性强， 产品气的质量也较高，其中H2的含量也较高。 ? 综合分析上述三种气化炉可知，下吸式气化炉在提高产品气的氢气含量方面具有其优越性，但其 结构复杂，可操作性差，因而如何改进下吸式气化炉的物料流动性，提高其气化稳定性是下吸式气 化炉需要研究的。
第四章 生物质制氢技术
§4.1 概述 §4.2 生物质热化学转换法制氢 §4.3 微生物法制氢
§4.1 概述
氢的性质 含量为最丰富的元素 最环保、洁净的能源 所有气体中最轻的 热值为汽油的3倍 着火点低，易爆炸（体积 分数为18-65%时）
以值量计在宇宙中最普通的10种元素
元素
百万分比
氢
750,000
? 水蒸气气化、合成气催化变换 表1是在图2所示的下吸式气化炉条件下，以混合木块为气化原料，
气化介质为空气，燃烧区温度为840℃时气化产物的组成。
从表1可见，气化产物中，有相当一部分是CO。因此在生物质气化中，为了提 高氢气产出量，需在气化介质中加入水蒸气。通常认为，在蒸汽流态化条件下 发生下述反应：
燥后的原料继续下降并经热气流加热而迅速发生热分解反
应。物料中的挥发分被释放，剩余的炭继续下降时与上升
的CO2及水蒸气发生反应产生CO和H2。在底部，余下的炭 在空气中燃烧，放出热量，为整个气化过程供热。上吸式
气化炉具有结构简单，操作可行性强的优点，但湿物料从
ห้องสมุดไป่ตู้
顶部下降时，物料中的部分水分被上升的热气流带走，使
氦
230,000
氧
10,000
碳
5,000
氖
1,300
铁
1,100
氮
1000
硅
700
镁
600
硫
500
氢能的特点
氢是最洁净的燃料（产物为水） 可储存的二次能源 氢能效率高
氢的存在形式及制取途径
? 地球上的氢主要以其化合物，如水和碳氢化合物、石油、天然气 等形式存在
用水制氢
化石能源制氢
生物质制氢
水电解制氢：产品纯度高， 煤制氢：生产投资大，易 操作简便，但电能消耗高 排放温室气体，新型技术
产品气中H
含量减少。
2
? （2）下吸式气化炉 气固呈顺向流动。运行时物料由上部储料仓向下移动，边移动边进行干燥与热分解的过程。在
经过缩嘴时，与喷进的空气发生燃烧反应，剩余的炭落入缩嘴下方，与气流中的CO2, 和水蒸气发生 反应产生CO和H2。可以看出，下吸式气化炉中的缩嘴延长了气相停留时间，使焦油经高温区裂解， 因而气体中的焦油含量比较少；同时，物料中的水分参加反应，使产品气中的H2含量增加。但由图 3可见，下吸式气化炉结构比较复杂，当缩嘴直径较小时，物料流动性差，很容易发生物料架接， 使气化过程不稳定。对气化原料尺寸要求比较严格。
正在研发
热化学转化技术：有生物 质热解制氢、气化制氢超 临界气化制氢等方法。产 氢率和经济性是选择工艺 的关键
热化学制氢：能耗低，可 大规模工业化生产，可直 接利用反应堆的热能，效 率高，反应过程不易控制
高温热解水制氢：过程复 杂，成本高
气体原料制氢：是化石能 微生物转化技术：对于光 源制氢工艺中最为经济合 合细菌产氢，如何提高光 理的方法，主要有四种方 能转化效率是关键；厌氧 法，工艺过程仍需改进 发酵制氢产率较低，先进 液体石化能源制氢：甲醇、 的培养技术有待开发 乙醇、轻质油及重油制氢 过程各有利弊
? 氢是一种理想的新能源，具有资源丰富，燃烧热值高，清洁无污染， 适用范围广的特点。
? 制氢的方法有很多，电解水是大规模生产氢的一种途径，然而，水分 子中的氢原子结合得十分紧密，电解时要耗用大量电力，比燃烧氢气 本身所产生的热量还要多，因此若直接利用火电厂供应的电力来电解 水，在经济上是不可取的。
? （1）金属氢化物分离法 氢同金属反应生成金属氢化物的反应是可逆反
应。当氢同金属直接化合时，生成金属氢化物， 当加热和降低压力时，金属氢化物发生分解，生 成金属和氢气，从而达到分离和纯化氢气的目的。 利用金属氢化物分离法纯化的氢气，纯度高且不 受原料气质量的影响。
3、氢气分离、净化
? （2）变压吸附法 在常温和不同压力条件下，利用吸附剂对氢气中杂质组
? 生物质气化的主要产物为H 、CO 、CO、CH
2
2
4
? 混合气的成分组成比因气化温度、压力、气化停留时间以
及催化剂的不同而不同
? 气化反应器的选择也是决定混合气组成的一个主要因素。
2、气化反应器
? （1）上吸式气化炉：气固呈逆向流动。在运行过程中湿物 料从顶部加入后被上升的热气流干燥而将水蒸气带走，干
上述反应导致床灰中的残炭含量减少，气体产物中的CO 和H 含量增多。生物质
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炭与水蒸气的气化反应的反应式及平衡常数如表2所示。
从表2可见，只有在相当高的温度下，炭的气化反应才可能发生。因此，如何设计 催化剂降低炭的气化反应温度，促进炭的气化反应的发生是催化气化制氢的一个重 要研究内容。
3、氢气分离、净化