氢能的各种生产方式培训课件
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新能源之氢能ppt课件
• 美国能源部(DOE)启动了一系列氢能研 究项目。2001年以来，美国政府将发展 氢能作为其能源政策的一个重要方面， 先后制定了多项氢能研究计划，以实现 向氢经济的过渡。
• 2004年2月，美国能源部出台了《氢态 势计划：综合研究、开发和示范计划》。
• 氢经济必须经历4个相互重叠、关联的阶 段： – 技术研发与示范(2000—2015年) – 前期市场渗透(2010—2025年) – 基础设施建设与投资(2015—2035年) – 氢经济实现(2025—2040年)
• 氢燃料电池工作原理：
• 氢燃料电池的应用：
•
把化学能直接转化为电能供机械应用
采 用 氢 燃 料 电 池 的 实 验 车
• 在旧金山召开的英特尔开发商论坛上， 千年电池公司向人们展示了一台运行原 型氢燃料电池的电脑。目前绝大多数笔 记本电脑在电池充满情况下可工作三到 四小时。
• 迄今，千年电池的 工作时间仅有三小 时，但是公司的开 发目标是将电池性 能提高到八小时。
• 但随后二十年间中东形势趋缓、原油价格 下跌，石油依旧成为交通运输业的首要选
择，因此对于氢经济发展的相关研究渐少。 直到1990年代末期气候变化（全球变暖 等）问题引起重视以后，氢能与氢经济又 再度成为世界各国研究的热点。
（1）美国氢经济发展战略：
• 美国在1990年就通过了氢能研究与发展、 示范法案。
因此利用常规能源生产的电能来大规模 的电解水制氢显然是不合算的。
• 热化学制氢
• 这种方法是通过外加高温热使水起化学 分解反应来获取氢气。
• 到目前为止虽有多种热化学制氢方法， 但总效率都不高，仅为20％～50％，而 且还有许多工艺问题需要解决。依靠这 种方法来大规模制氢还有待进一步研究。
• 2004年2月，美国能源部出台了《氢态 势计划：综合研究、开发和示范计划》。
• 氢经济必须经历4个相互重叠、关联的阶 段： – 技术研发与示范(2000—2015年) – 前期市场渗透(2010—2025年) – 基础设施建设与投资(2015—2035年) – 氢经济实现(2025—2040年)
• 氢燃料电池工作原理：
• 氢燃料电池的应用：
•
把化学能直接转化为电能供机械应用
采 用 氢 燃 料 电 池 的 实 验 车
• 在旧金山召开的英特尔开发商论坛上， 千年电池公司向人们展示了一台运行原 型氢燃料电池的电脑。目前绝大多数笔 记本电脑在电池充满情况下可工作三到 四小时。
• 迄今，千年电池的 工作时间仅有三小 时，但是公司的开 发目标是将电池性 能提高到八小时。
• 但随后二十年间中东形势趋缓、原油价格 下跌，石油依旧成为交通运输业的首要选
择，因此对于氢经济发展的相关研究渐少。 直到1990年代末期气候变化（全球变暖 等）问题引起重视以后，氢能与氢经济又 再度成为世界各国研究的热点。
（1）美国氢经济发展战略：
• 美国在1990年就通过了氢能研究与发展、 示范法案。
因此利用常规能源生产的电能来大规模 的电解水制氢显然是不合算的。
• 热化学制氢
• 这种方法是通过外加高温热使水起化学 分解反应来获取氢气。
• 到目前为止虽有多种热化学制氢方法， 但总效率都不高，仅为20％～50％，而 且还有许多工艺问题需要解决。依靠这 种方法来大规模制氢还有待进一步研究。
氢能源的介绍课件PPT
天然气重整
01
通过高温和催化剂将天然气转化为氢气和二氧 化碳，这是目前最主要的氢气生产方式。
生物质发酵
03
利用生物质（如农业废弃物）通过发酵产生氢 气，这种方法具有可持续性，但目前生产效率
较低。
电解水
02
利用电解技术将水分解为氧气和氢气，这种方 法需要大量电力，通常在可再生能源丰富的地
区使用。
光解水
目前，全球各大汽车制造商都在积极研发和推广氢燃料电池 汽车，如丰田Mirai、本田Clarity和现代ix35等。这些车型已 经在部分国家和地区上市销售，成为未来可持续交通的重要 发展方向。
氢能源在航空领域的应用
航空领域是碳排放量较大的行业之一，氢能源的应用被认为是解决这一问题的有 效途径。目前，一些航空公司和科研机构正在开展氢燃料电池飞机的研发和试验 工作。
此外，氢能源还可以用于金属的还原、精炼和焊接等工艺 过程，以及用于生产高纯度的水和氧气等产品。
氢能源在家庭领域的应用
在家庭领域，氢能源可以用于供暖、 热水和烹饪等方面。例如，氢燃料电 池热水器和供暖系统可以利用氢气产 生热量，为家庭提供可持续的供暖和 热水解决方案。
此外，氢气还可以用于烹饪食品，如 煮饭和烤面包等。与传统的燃气灶相 比，氢气灶具可以提供更高效、安全 和环保的烹饪方式。
技术挑战
储存和运输
氢气在常温常压下呈气态，储存和运 输难度较大，需要高压或低温等特殊 条件，技术要求较高。
转化效率
目前氢能源的转化效率相对较低，需 要进一步提高技术水平以提高能源利 用效率。
安全问题
爆炸风险
氢气具有易燃易爆的特性，使用过程中存在一定的爆炸风险 ，需要采取严格的安全措施。
泄漏风险
氢能的各种生产方式培训课件(ppt 95页)
2. 生物质为原料制氢
光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题
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 m3=0.446亿吨 化石燃料制氢 占96%
合成氨：50％ 石油精练：37％ 甲醇合成：8％
中国：氢能电动汽车 生物质制氢，化石燃料制氢
0.2 L液 H2/100 km
4
氢能技术的难点
1. 如何实现大规模地廉价制氢？—制氢 2. 如何经济、合理、安全地储存和输送氢？—储氢 3. 如何高效率、低成本地利用氢？—利用氢
5
制氢技术
1. 化石燃料制氢—目前主要的制氢方法
成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决
电解槽制备工艺较贵，处于研发阶段
15
高温热电解水制氢的难点
实际过程中必须将水加热到2000℃以上反应才有实际 应用的可能。
水裂解时会产生H、H2、O、O2、OH、HO2和H2O。需要进 一步的分离。
总结下来，一般会有以下三大问题：
热源 材料问题 氢和氧的分离
热源
– 由于水直接离解的温度在2000℃以上，热源本身就是个 问题
HgO Hg 0.5O2
873K
UT-3循环
本体系中最著名目前研究最多的是UT-3循环，由日 本东京大学Kameyama、Yoshida等提出。
UT-3 循环
CaBr2 H2O CaO 2HBr
1003K
CaO Br2 CaBr2 1/ 2O2
823K
Fe3O4 8HBr 3FeBr2 4H2O Br2 493K
实现杂化过程的期望和热化学过程相似。选择杂化体系 的主要准则包括电解步骤最小的电解电压、可实现性以及效 率等。
《新能源概论》第九章 氢能
新能源概论
液体化石燃料制氢
生物质热化学转化 技术
微生物转化技术
新能源概论
§9-2-1 氢的制备
煤制氢：以煤气化制氢为主
C(s)+H2O(g)→CO(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2(g)
新能源概论
煤气化制氢技术工艺流程
§9-2-1 氢的制备
气体原料制氢：主要是指天然气制氢。
主要方法：
可再生能源制氢技术将在未来被广泛应用
燃料电池汽车商业化最需要解决的问题是可靠性、寿 命及费用
新能源概论
思考题
1. 简述氢气的化学性质。 2. 简述常见的工业制氢方法和特点。 3. 氢气是如何储存的？简述常见的氢气储存方式及特点。 4. 我国是产煤大国，简述煤炭气化制氢的原理。 5. 举例说明氢能在现代工业中的应用。 6. 氢能燃料电池是如何分类的？简述各类燃料电池的工作原理、特 点。 7. 氢能利用技术现状和发展趋势如何？
(1)氢气与金属的反应 氢原子核外只有一个电子，呈-1价，它与活泼金属作用而生成氢化 物
H2+2Na→2NaH H2+Ca→CaH2
新能源概论
§9-1-2 氢的性质
在高温下，氢可将许多金属氧化物置换出来
H2+CuO→Cu+H2O 4H2+Fe3O4→3Fe+4H2O
(2)氢气与非金属的反应 氢气可与很多非金属反应，呈+1价
§9-2-3 氢储存和运输
管道运输 液氢运输 长管拖车
新能源概论
§9-3-1 燃料电池技术
特点：能量转换效率可高达60%～80%，实际使用效率 是内燃机的2～3倍。
电站燃料 污染物
液体化石燃料制氢
生物质热化学转化 技术
微生物转化技术
新能源概论
§9-2-1 氢的制备
煤制氢：以煤气化制氢为主
C(s)+H2O(g)→CO(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2(g)
新能源概论
煤气化制氢技术工艺流程
§9-2-1 氢的制备
气体原料制氢：主要是指天然气制氢。
主要方法：
可再生能源制氢技术将在未来被广泛应用
燃料电池汽车商业化最需要解决的问题是可靠性、寿 命及费用
新能源概论
思考题
1. 简述氢气的化学性质。 2. 简述常见的工业制氢方法和特点。 3. 氢气是如何储存的？简述常见的氢气储存方式及特点。 4. 我国是产煤大国，简述煤炭气化制氢的原理。 5. 举例说明氢能在现代工业中的应用。 6. 氢能燃料电池是如何分类的？简述各类燃料电池的工作原理、特 点。 7. 氢能利用技术现状和发展趋势如何？
(1)氢气与金属的反应 氢原子核外只有一个电子，呈-1价，它与活泼金属作用而生成氢化 物
H2+2Na→2NaH H2+Ca→CaH2
新能源概论
§9-1-2 氢的性质
在高温下，氢可将许多金属氧化物置换出来
H2+CuO→Cu+H2O 4H2+Fe3O4→3Fe+4H2O
(2)氢气与非金属的反应 氢气可与很多非金属反应，呈+1价
§9-2-3 氢储存和运输
管道运输 液氢运输 长管拖车
新能源概论
§9-3-1 燃料电池技术
特点：能量转换效率可高达60%～80%，实际使用效率 是内燃机的2～3倍。
电站燃料 污染物
氢能——理想的“绿色能源”PPT演示课件
理环境污染相结合等优点，该技术六十年代中期就已
提出，九十年代受到重视，德、日、美等一些发达国
家制定了生物制氢的发展计划，我国近年也已开发出
以厌氧活性污泥对有机废水发酵制取氢气的技术，生
产成本低于电解水制氢，并能以中试规模制氢，产氢
率达5.7m3/m3反应器/d，被列入我国2000年十大科技
进展。
பைடு நூலகம்
2019/11/7
36
氢能——理想的 “绿色能源”
2019/11/7
高一（6）班李雪制作 2019/11/7
1
2019/11/7
2
三、氢能
氢能系统包括制氢、储氢、氢的应用三个方面，规模 制氢和储氢是氢能研究和开发的两个重要领域。
微生物制氢
是一种无污染的经济制氢方法。该方法具有原料易得
（如采用有机污染物为原料）、制氢成本低并可与治
3）、电解水制得
4）、生物质气化制得
25019）/11/7 、光解水制得
27
3、氢能的利用途径
1）、燃烧放热 2）、用于燃料电池，释放电能 3）、利用氢的热核反应释放的核能
2019/11/7
28
4、氢气的储存
1、常压储氢 2、高压储氢 3、液氢储氢 密度高、但能耗大、且有 4、金属氢化物 自然挥发 5、吸附储氢
1是自然界存在最普遍的元素2发热值高3氢燃烧性能好点燃快4氢本身无毒5氢能利用形式6理想的清洁能源之一氢气的贮存和运输问题碳纳米管储氢材料20202820202810202028112020281220202813用于燃料电池化学能转化为电能使用催化剂利用太阳能分解水电解电能转化为化学能燃烧释放热能2020281420202815以天然气石油和煤为原料在高温下与水蒸气反应电解水制氢气利用太阳能分解水制氢气利用蓝藻等低等植物和微生物在阳光作用下释放氢气缺点
氢的制备与储存技术ppt演示课件
12
5.各种化工过程副产氢气的回收
多种化工过程如电解食
盐制碱工业、发酵制酒 工艺、合成氨化肥工业、 石油炼制工业等均有大 量副产氢气，如能采取 适当的措施进行氢气的 分离回收，每年可得到 数亿立方米的氢气。这 是一项不容忽视的资源， 应设法加以回收利用。
氢回收工厂
13
二、氢的储存
14
氢可以气态、液态和固态3种方式进 行储存。
氢储存装置
16
3、而利用吸氢材料与氢气反应生成固溶体和 氢化物的固体储氢方式，能有效克服气、 液两种储存方式的不足，而且储氢体积密 度大、安全度高、运输方便、操作容易， 特别适合于对体积要求较严格的场合，如 在燃料电池汽车上的使用。
17
目前，有希望达到或接近该要求的材 料有3大系列： a．镁基合金材料； b．碳基材料； c．络合物储氢材料。
7
（3）以重油为原料部份氧化法制取 氢气
重油原料包括有常压、
减压渣油及石油深度加 工后的燃料油。重油与 水蒸汽及氧气反应制得 含氢气体产物。
该法生产的氢气产物成
本中，原料费约占三分
之一，而重油价格较低，
故为人们重视。
我国建有大型重油部份
氧化法制氢装置，用于
氢气氨分解炉
制取合成氨的原料。
8
3.生物质制氢
生物质资源丰富，是重要的可再生能源。 生物质可通过气化和微生物制氢。
9
（1）生物质气化制氢
将生物质原料如薪柴、锯未、麦秸、稻草 等压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进 行气化或裂解反应可制得含氢燃料气。
10
（2）微生物制氢
利用微生物在常温常压下进行酶催化反应 可制得氢气。
11
4.其它含氢物质制氢
1、气态方式较为简 单方便，也是目前储 存压力低于17 MPa 氢气的常用方法，但 体积密度较小是该方 法最严重的技术缺陷， 另外气态氢在运输和 使用过程中也存在安 全隐患。
5.各种化工过程副产氢气的回收
多种化工过程如电解食
盐制碱工业、发酵制酒 工艺、合成氨化肥工业、 石油炼制工业等均有大 量副产氢气，如能采取 适当的措施进行氢气的 分离回收，每年可得到 数亿立方米的氢气。这 是一项不容忽视的资源， 应设法加以回收利用。
氢回收工厂
13
二、氢的储存
14
氢可以气态、液态和固态3种方式进 行储存。
氢储存装置
16
3、而利用吸氢材料与氢气反应生成固溶体和 氢化物的固体储氢方式，能有效克服气、 液两种储存方式的不足，而且储氢体积密 度大、安全度高、运输方便、操作容易， 特别适合于对体积要求较严格的场合，如 在燃料电池汽车上的使用。
17
目前，有希望达到或接近该要求的材 料有3大系列： a．镁基合金材料； b．碳基材料； c．络合物储氢材料。
7
（3）以重油为原料部份氧化法制取 氢气
重油原料包括有常压、
减压渣油及石油深度加 工后的燃料油。重油与 水蒸汽及氧气反应制得 含氢气体产物。
该法生产的氢气产物成
本中，原料费约占三分
之一，而重油价格较低，
故为人们重视。
我国建有大型重油部份
氧化法制氢装置，用于
氢气氨分解炉
制取合成氨的原料。
8
3.生物质制氢
生物质资源丰富，是重要的可再生能源。 生物质可通过气化和微生物制氢。
9
（1）生物质气化制氢
将生物质原料如薪柴、锯未、麦秸、稻草 等压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进 行气化或裂解反应可制得含氢燃料气。
10
（2）微生物制氢
利用微生物在常温常压下进行酶催化反应 可制得氢气。
11
4.其它含氢物质制氢
1、气态方式较为简 单方便，也是目前储 存压力低于17 MPa 氢气的常用方法，但 体积密度较小是该方 法最严重的技术缺陷， 另外气态氢在运输和 使用过程中也存在安 全隐患。
《制氢培训》课件
展望制氢技术在能源转型
和可持续发展中的前景。
结束语
通过本次制氢培训，您已了解制氢的基本概念、应用领域和未来发展趋势。期待您在未来的工作中应用这些知
识！感谢您参加制氢培训！
3
制氢技术的优势与局限性 ⭐️
制氢技术具有高能量密度、零排放和可再生性等优势，但面临成本和储存挑战。
制氢的安全问题
1
制氢的安全性问题 ⚠️
涉及氢气的高压、易燃和爆炸性质，需要特殊的安全措施。
2
制氢的安全措施 ️
包括适当的储存、运输和操作规范，以及应急处理计划。
3
制氢的应急处理
在发生事故或泄漏时，需要迅速采取措施，确保人员和环境安全。
2
制氢在能源领域的应用 ⚡️
作为可再生能源和能源储存的一种形式，制氢被广泛用于能源领域。
3
制氢在工业领域的应用
用于工业用途，如合成氨和炼油等。
制氢的前景
1
制氢技术的发展趋势
包括可持续能源替代传统能源和制氢技术的进一步创新。
2
制氢技术的未来应用
在交通运输、能源储存和工业生产等领域，制氢将发挥重要作用。
《制氢培训》PPT课件
本课程将向您介绍制氢的基本知识和应用。探索制氢的不同方法、领域应
用、安全问题以及经济与环保影响。欢迎参加本次制氢培训！
什么是制氢？
1
定义 ️
2
原理 ⚛️
3
目的
制氢是指通过特定的过程
制氢的原理涉及将水或化
制氢的目的包括提供能源、
将氢气从其他化合物中分
石燃料与催化剂反应产生
考虑设备投资、运营成本
评估制氢过程中产生的排
促进清洁能源的发展，减
和可持续性经济效益等因
和可持续发展中的前景。
结束语
通过本次制氢培训，您已了解制氢的基本概念、应用领域和未来发展趋势。期待您在未来的工作中应用这些知
识！感谢您参加制氢培训！
3
制氢技术的优势与局限性 ⭐️
制氢技术具有高能量密度、零排放和可再生性等优势，但面临成本和储存挑战。
制氢的安全问题
1
制氢的安全性问题 ⚠️
涉及氢气的高压、易燃和爆炸性质，需要特殊的安全措施。
2
制氢的安全措施 ️
包括适当的储存、运输和操作规范，以及应急处理计划。
3
制氢的应急处理
在发生事故或泄漏时，需要迅速采取措施，确保人员和环境安全。
2
制氢在能源领域的应用 ⚡️
作为可再生能源和能源储存的一种形式，制氢被广泛用于能源领域。
3
制氢在工业领域的应用
用于工业用途，如合成氨和炼油等。
制氢的前景
1
制氢技术的发展趋势
包括可持续能源替代传统能源和制氢技术的进一步创新。
2
制氢技术的未来应用
在交通运输、能源储存和工业生产等领域，制氢将发挥重要作用。
《制氢培训》PPT课件
本课程将向您介绍制氢的基本知识和应用。探索制氢的不同方法、领域应
用、安全问题以及经济与环保影响。欢迎参加本次制氢培训！
什么是制氢？
1
定义 ️
2
原理 ⚛️
3
目的
制氢是指通过特定的过程
制氢的原理涉及将水或化
制氢的目的包括提供能源、
将氢气从其他化合物中分
石燃料与催化剂反应产生
考虑设备投资、运营成本
评估制氢过程中产生的排
促进清洁能源的发展，减
和可持续性经济效益等因
相关主题
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逐级反应
式中的A、B称为循环试剂。利用分步加热法使反应不断 循环进行，从而达到连续制氢的目的。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
热化学制氢的优点
热化学制氢具有以下显著的优点： ➢ 能耗较低；较易实现工业化（反应温和）； ➢ 可以直接利用反应堆的热能，省去发电步骤，效率高
； ➢ 另外，在热化学循环过程中氢气和氧气通常在不同的
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
分离
电解法分离
膜法分离
– 由于反应的运行温度过高(>2500K)，如果不能及时、有效地分离氢和 氧，极容易发生混合性爆炸。
– 可以采用分子膜的方法分离，也可以利用重力场，磁场等分离，但是 目前还没有文献报道。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
1.2 热化学制氢 热化学循环反应制氢最初由美国肯塔基大学的J.E.Funk于1960 年提出，其原理可用以下化学反应通式表示：
成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决
2. 生物质为原料制氢
光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题
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 m3=0.446亿吨 化石燃料制氢 占96%
合成氨：50％ 石油精练：37％ 甲醇合成：8％
热源
– 由于水直接离解的温度在2000℃以上，热源本身就是个 问题
– 有希望的热源只有太阳能和核聚变热，后者可能性大， 但是工业化仍很遥远。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
材料
陶瓷材料
碳材料
– 由于温度太高，金属材料无法胜任
– 非金属材料，如陶瓷、碳材料等，可以在2000℃下工作， 但是寿命问题还没有解决
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
1、化石燃料制氢
(1) 甲烷重整(Steam Methane Reformation, SMR )
(2) 天然气热解制氢
碳黑
CH4
裂解炉
H2
甲烷的部分氧化： CH4+O2 → CO(g)+H2(g)
• SMR反应利用有机物高温下与 水的反应，不仅自身脱氢，同时 将水中的氢解放出来。
• 此法也适于生物质制氢。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
• 将天然气在裂解炉加热到1400℃，
• 关闭裂解炉使天然气发生裂解反应， 产生氢气和碳黑。
(3) 煤汽化：
C(s)+H2O(g)→ CO(g)+H2(g)
(4) 重油部分氧化
CnHm+O2 → CO（g）+H2（g） CnHm+H2O→ CO（g）+H2（g） H2O+CO → CO2（g）+H2（g）
反应步骤中产生，因此不需要进行高温氢氧分离
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
热化学制氢的历史
➢ 1960美国肯塔基大学的J.E.Funk最早提出热化学循环反 应制氢的原理。
➢ 70年代初，麦凯迪和倍尼提出了Mark I型热化学制氢方 案，并且估计效率可达55%左右。
➢ 随后意大利、德国、美国、日本等都投入了这方面的研 究，目前已有上百种热化学制氢循环。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
2、生物质制氢
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
3、水分解制氢
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
1.23 eV
1. 高温热解水制氢
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
1eV=11605K
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
氢能经济的构想
勇于开始，才能找到成 功的路
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
氢能经济的缘起——各国的氢能开发计划
美国：启动氢能发展计划 生物质制氢，太阳能制氢
欧洲：氢能电动汽车． 生物质制氢，太阳能制氢
日本：氢能电动汽车 光生物制氢
中国：氢能电动汽车
0.2 L液 H2/100 km
Mark1 循环
CaBr2 2H2O Ca(OH )2 HBr
1003K
2HBr Hg HgBr2 H2
电解槽制备工艺较贵，处于研发阶段
高温热电解水制氢的难点
实际过程中必须将水加热到2000℃以上反应才有实际 应用的可能。
水裂解时会产生H、H2、O、O2、OH、HO2和H2O。需要进 一步的分离。
总结下来，一般会有以下三大问题：
➢ 热源 ➢ 材料问题 ➢ 氢和氧的分离
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
目前世界上较有发展前途的热化学-制氢循环主要有 ：基于硫-碘化合物的三步式热化学制氢循环(简称SI循 环)以及基于钙-溴-铁化合物的四步式热化学制氢循环( 简称UT-3循环)。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
卤化物体系
意大利Ispra最早研究的由Marcheltti和De Beni提出的循环称 作Mark1循环就属于卤化物体系。
氢能的各种生产方式培 训课件
路漫漫其修ห้องสมุดไป่ตู้兮, 吾将上下而求索
2020年4月15日星期三
氢能——理想的二 次能源
➢ 氢是一种清洁的能量载体，与电能一样，没有直接的资 源蕴藏，都需要从别的一次能源转化得到，所以，氢能 是一种二次能源
➢ 普遍存在，存在形式多样，是宇宙中最丰富的物质，占 宇宙质量的75%
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
生物质制氢，化石燃料制氢
氢能技术的难点
1. 如何实现大规模地廉价制氢？—制氢 2. 如何经济、合理、安全地储存和输送氢？—储氢 3. 如何高效率、低成本地利用氢？—利用氢
勇于开始，才能找到成 功的路
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
制氢技术
1. 化石燃料制氢—目前主要的制氢方法
➢ 氢的最大来源是水，根据计算，9吨水可以生产出1吨氢 （及8吨氧），而氢与氧的燃烧产物就是水，水可以再 生。因而，利用水制氢可使氢的制取和利用实现良性循 环，取之不尽。无毒、无污染
➢ 燃烧性能好；燃烧热值最高(1.21~1.43)105kJ/kg (汽油的 3倍，焦碳的4.5倍)
➢ 导热性最好的气体—热泵
水热分解时生成物与温度的关系
1.1 固体氧化物电解槽制氢: 高温
效率～90％ 高温工作（2000℃），部分电能由热能代替
高温水蒸汽进入管状电解 槽后，在内部的负电极处 被分解为H 和O-2。H +得 到电子生成H2，而O -2则 通过电解质ZrO 2到达外 部的阳极，生成O 2。
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式中的A、B称为循环试剂。利用分步加热法使反应不断 循环进行，从而达到连续制氢的目的。
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热化学制氢的优点
热化学制氢具有以下显著的优点： ➢ 能耗较低；较易实现工业化（反应温和）； ➢ 可以直接利用反应堆的热能，省去发电步骤，效率高
； ➢ 另外，在热化学循环过程中氢气和氧气通常在不同的
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分离
电解法分离
膜法分离
– 由于反应的运行温度过高(>2500K)，如果不能及时、有效地分离氢和 氧，极容易发生混合性爆炸。
– 可以采用分子膜的方法分离，也可以利用重力场，磁场等分离，但是 目前还没有文献报道。
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1.2 热化学制氢 热化学循环反应制氢最初由美国肯塔基大学的J.E.Funk于1960 年提出，其原理可用以下化学反应通式表示：
成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决
2. 生物质为原料制氢
光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题
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 m3=0.446亿吨 化石燃料制氢 占96%
合成氨：50％ 石油精练：37％ 甲醇合成：8％
热源
– 由于水直接离解的温度在2000℃以上，热源本身就是个 问题
– 有希望的热源只有太阳能和核聚变热，后者可能性大， 但是工业化仍很遥远。
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材料
陶瓷材料
碳材料
– 由于温度太高，金属材料无法胜任
– 非金属材料，如陶瓷、碳材料等，可以在2000℃下工作， 但是寿命问题还没有解决
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1、化石燃料制氢
(1) 甲烷重整(Steam Methane Reformation, SMR )
(2) 天然气热解制氢
碳黑
CH4
裂解炉
H2
甲烷的部分氧化： CH4+O2 → CO(g)+H2(g)
• SMR反应利用有机物高温下与 水的反应，不仅自身脱氢，同时 将水中的氢解放出来。
• 此法也适于生物质制氢。
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• 将天然气在裂解炉加热到1400℃，
• 关闭裂解炉使天然气发生裂解反应， 产生氢气和碳黑。
(3) 煤汽化：
C(s)+H2O(g)→ CO(g)+H2(g)
(4) 重油部分氧化
CnHm+O2 → CO（g）+H2（g） CnHm+H2O→ CO（g）+H2（g） H2O+CO → CO2（g）+H2（g）
反应步骤中产生，因此不需要进行高温氢氧分离
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热化学制氢的历史
➢ 1960美国肯塔基大学的J.E.Funk最早提出热化学循环反 应制氢的原理。
➢ 70年代初，麦凯迪和倍尼提出了Mark I型热化学制氢方 案，并且估计效率可达55%左右。
➢ 随后意大利、德国、美国、日本等都投入了这方面的研 究，目前已有上百种热化学制氢循环。
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2、生物质制氢
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3、水分解制氢
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1.23 eV
1. 高温热解水制氢
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1eV=11605K
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氢能经济的构想
勇于开始，才能找到成 功的路
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氢能经济的缘起——各国的氢能开发计划
美国：启动氢能发展计划 生物质制氢，太阳能制氢
欧洲：氢能电动汽车． 生物质制氢，太阳能制氢
日本：氢能电动汽车 光生物制氢
中国：氢能电动汽车
0.2 L液 H2/100 km
Mark1 循环
CaBr2 2H2O Ca(OH )2 HBr
1003K
2HBr Hg HgBr2 H2
电解槽制备工艺较贵，处于研发阶段
高温热电解水制氢的难点
实际过程中必须将水加热到2000℃以上反应才有实际 应用的可能。
水裂解时会产生H、H2、O、O2、OH、HO2和H2O。需要进 一步的分离。
总结下来，一般会有以下三大问题：
➢ 热源 ➢ 材料问题 ➢ 氢和氧的分离
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目前世界上较有发展前途的热化学-制氢循环主要有 ：基于硫-碘化合物的三步式热化学制氢循环(简称SI循 环)以及基于钙-溴-铁化合物的四步式热化学制氢循环( 简称UT-3循环)。
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卤化物体系
意大利Ispra最早研究的由Marcheltti和De Beni提出的循环称 作Mark1循环就属于卤化物体系。
氢能的各种生产方式培 训课件
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2020年4月15日星期三
氢能——理想的二 次能源
➢ 氢是一种清洁的能量载体，与电能一样，没有直接的资 源蕴藏，都需要从别的一次能源转化得到，所以，氢能 是一种二次能源
➢ 普遍存在，存在形式多样，是宇宙中最丰富的物质，占 宇宙质量的75%
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生物质制氢，化石燃料制氢
氢能技术的难点
1. 如何实现大规模地廉价制氢？—制氢 2. 如何经济、合理、安全地储存和输送氢？—储氢 3. 如何高效率、低成本地利用氢？—利用氢
勇于开始，才能找到成 功的路
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制氢技术
1. 化石燃料制氢—目前主要的制氢方法
➢ 氢的最大来源是水，根据计算，9吨水可以生产出1吨氢 （及8吨氧），而氢与氧的燃烧产物就是水，水可以再 生。因而，利用水制氢可使氢的制取和利用实现良性循 环，取之不尽。无毒、无污染
➢ 燃烧性能好；燃烧热值最高(1.21~1.43)105kJ/kg (汽油的 3倍，焦碳的4.5倍)
➢ 导热性最好的气体—热泵
水热分解时生成物与温度的关系
1.1 固体氧化物电解槽制氢: 高温
效率～90％ 高温工作（2000℃），部分电能由热能代替
高温水蒸汽进入管状电解 槽后，在内部的负电极处 被分解为H 和O-2。H +得 到电子生成H2，而O -2则 通过电解质ZrO 2到达外 部的阳极，生成O 2。
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