氢能的各种生产方式培训课件

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
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制氢技术
1. 化石燃料制氢—目前主要的制氢方法
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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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。
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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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
➢ 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
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。
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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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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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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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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
• 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：源自文库
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）
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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Mark1 循环
CaBr2 2H2O Ca(OH )2 HBr
1003K
2HBr Hg HgBr2 H2
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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：
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。