氢的制备与储存技术

2.矿物燃料制氢
• 以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当 今制取氢气最主要的方法。制得氢气主要 作为化工原料，如生产合成氨、合成甲醇 等。有时某些含氢气体产物亦作为气体燃 料供城市煤气。用矿物燃料制氢的方法包 括含氢气体的制造、气体中CO组份变换反 应及氢气提纯等步骤。该方法在我国都具 有成熟的工艺，并建有工业生产装置。
1.电解水制氢
• 水电解制氢是目前应用 较广且比较成熟的方法 之一。水为原料制氢过 程是氢与氧燃烧生成水 的逆过程，因此只要提 供一定形式一定的能量， 则可使水分解。提供电 能使水分解制得氢气的 效率一般在75～85％， 其工艺过程简单，无污 染，但消耗电量大，因 此其应用受到一定的限 制。
氧氢分离机
氢的制备与储存技术
一、氢的制备
氢能是一种二次能源，在人类生存的地球 上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的 存在极少。因此必需将含氢物质力UI后方 能得到氢气。最丰富的含氢物质是水 （H2O），其次就是各种矿物燃料（煤、 石油、天然气）及各种生物质等。因此要 开发利用这种理想的清洁能源，必需首先 开发氢源，即研究开发各种制氢的方法。
c、络合物储氢材料
一般情况下，NaAlH4在加热到200℃以上时会相继发生如下 的分解反应，即
式中，k1、k2为反应常数。以NaAlH4的起始质量为标准， 可以计算出反应式1和式2共放出5．6％的氢。如能降低 其反应温度，并在较为温和的条件下实现反应的可逆化， NaAlH4将是一种很好的储氢材料[1]。
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
二、氢的储存
氢可以气态、液态和固态3种方式进 行储存。
a、镁基储氢材料
在镧(稀土)系、钛铁系、 镁系及锆(钒)系4大系列 储氢合金中，镁系储氢 合金具有较高的储氢容 量，而且吸放氢平台好、 资源丰富、价格低廉， 应用前景十分诱人。但 其吸放氢速度较慢、氢 化物稳定导致释氢温度 过高、表面容易形成一 层致密的氧化膜等缺点， 使其实用化进程受到限 制。
氢电弧纳米稀土金属
储氢材料的展望
• a．制备新型的复合储 氢材料。因为每一种 储氢材料都有优缺点， 且大部分储氢材料的 性能都有加合的特点， 而单一的储氢材料的 性质也较多地为人们 所认识。所以，复合 储氢材料是未来储氢 材料制备的一个走向
• B.在现有研究基础 上，开发和设计新 型的储氢材料，如 正在研究中的络合 物储氢材料。也许 这一思路更有希望 在技术上取得突破， 并最终达到储氢材 料实用化的目标。
b、碳基储氢材料
目前，碳系储氢载体主要有纳米碳管、纳 米碳纤维、活性炭和石墨等。纳米碳管和 纳米碳纤维之所以成为比较热门的储氢材 料，是因为它们的储氢量较大，一般可以 达到10％，有的甚至达到60％以上。另外， 其质量相对较轻，便于携带。制备纳米碳 管和纳米碳纤维的方法有很多，但对设备 要求严格，而且要消耗大量的能量，这也 是目前碳系储氢材料不能推广应用的原因 之一。
氢储存装置
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。
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。
电ห้องสมุดไป่ตู้组及高压贮氢罐
三、尾声
随着石油资源的日渐匮乏和生态环境 的不断恶化，氢能被公认为人类未来的理 想能源。可以预见，未来世界将从以碳为 基础的能源经济形态转变为以氢为基础的 能源经济形态。
（1）以煤为原料制取氢气
以煤为原料制取含氢气体 的方法主要有两种：一是 煤的焦化（或称高温干 馏），二是煤的气化。 焦化是指煤在隔绝空气条 件下，在900-1000°C制 取焦碳，副产品为焦炉煤 气。 煤的气化是指煤在高温常 压或加压下，与气化剂反 应转化成气体产物。
煤制氢工厂
（2）以天然气或轻质油为原料制取 氢气
（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 制取合成氨的原料。
氢气氨分解炉
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。
氢储存装置
2、液态储氢方法的体积密 度(70kg／m3)高，但氢 气的液化需要冷却到20 K的超低温下才能实现， 此过程消耗的能量约占所 储存氢能的25％～45％。 液态氢不仅储存成本高， 而且使用条件苛刻，目前 只限于在航天技术领域应 用。
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。
（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。
（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。
4.其它含氢物质制氢
该法是在有催化剂存在下与水蒸汽反应转化制得 氢气。主要发生下述反应： CH4+H20→CO+H2 CO+H20→C02+H2 CnH2n＋2+nH20→nCO+（2n+1）H2
• 反应在800一820°C下进行。从上述反应 可知，也有部分氢气来自水蒸汽。用该法 制得的气体组成中，氢气含量可达74％ （体积）。其生产成本主要取决于原料价 格，我国轻质油价格高，制气成本贵，采 用受到限制。
国外曾研究从硫化氢中制取氢气。我国有丰富的 H25资源，如河北省赵兰庄油气田开采的天然气 中H多含量高达90％以上，其储量达数千万吨， 是一种宝贵资源，从硫化氢中制取氢有各种方法， 我国在90年代开展了多方面的研究，如石油大学 进行了"间接电解法双反应系统制取氢气与硫磺的 研究取得进展，正进行扩大试验。中科院感光所 等单位进行了"多相光催化分解硫化氢的研究"及" 微波等离子体分解硫化氢制氢的研究"等。各种研 究结果将为今后充分合理利用宝贵资源、提供清 洁能源及化工原料奠定基础。