氢能源的研究与发展文献综述

氢能源的研究与发展文献综述

专业：过程装备与控制工程1001 学号：201002060109 姓名：孔令冲

【摘要】当前能源短缺及环境污染等问题成为制约世界经济发展的瓶颈氢能被视为世纪最具发展潜力的能源其可再生性及良好的环保效应，使各国对氢能的研究日益活跃起来。本文首先介绍氢能源的制备，氢能源的储存和运输，然后介绍氢能的商业价值及应用，最后对氢能源做前景展望。

【关键词】氢能能源制备储存运输

引言

氢是宇宙中质量最小,分布最广的气体,如果用做能源,它将成为我们“永远的燃料”。而且氢分子中没有碳原子,所以燃烧时没有二氧化碳排出。氢能源不像石油能源有地理差异———这是导致世界近现代局部战争的罪魁祸首,氢能源是贫民能源,地球上随处都可以找到氢。

1.氢气的制备

我国制氢装置从小到大产能由百吨级发展到千吨级万吨级十万吨级，特别是最近10年间的跨越式发展，目前我国氢气年产量已超过1000万t。

1.1煤制氢

我国的能源结构为贫油少气富煤，煤炭占能源总量的70% 以上，年产量达到30亿t。煤制氢气主要工序为煤炭在煤气发生炉制得水煤气，经脱硫、水膜除尘、电除尘、压缩后，再经变换，变换气脱硫后制得变脱气，最后经PSA 制氢得到产品氢气。

1.2天然气制氢

天然气制氢工艺是在高温下与水蒸汽反应，或用部分氧化法制得水煤气，再经变换，PSA 制氢制得产品氢气。

1.3焦炉煤气制氢

随着钢铁工业的发展我国焦炭产能已突破4亿t/a,2009年共生产焦炭3.45亿 t, 吨焦炭副产焦炉煤气 400m3,而焦炉煤气含有 50%--60%的氢气 ,是非常好的制氢原料气。焦炉煤气制氢工艺是先将焦炉煤气进行脱萘及脱硫，除去焦油、苯、萘及硫化物后进行压缩，再送入预处理装置进一步净化后，进入PSA工序 ,制得产品氢气。

我国工业氢气的来源还有甲醇制氢、氨分解制氢、水电解制氢。炼厂重整装置副产氢、乙烯厂、氯碱厂副产氢、各行业富含氢尾气回收等。

我国的制氢工艺主要以煤和天然气制氢为主，位于内蒙古自治区鄂尔多斯的氢气生产企业采用煤制氢，年产量达到18万t，是世界最大制氢工厂。

另外，我国的制氢设备生产能力也向大型化及小型化延伸，如大型煤转化制氢单套设备的产氢能力达到28万 m3/h，小型天然气转化制氢设备产氢能力200m3/h。[1]

2.氢的储存

一般条件下氢以气态形式存在,贮存困难常用贮存方法有:常压高压气态贮存、低温液氢贮存和金属氢化物贮存。

2.1高压气态贮存

气态氢可贮存在地下库里,也可装入钢瓶中.为提高贮氢量,目前正在研究一种微孔结构的储氢装置, 它是一种微型球床微型球系薄壁（1μm ~10μm），充满微孔（10μm ~100μm），氢气贮存在微孔中。微型球可用塑料玻璃和陶瓷或金属制造。

2.2低温液氢贮存

将氢气冷却到- 253 ℃变为液态，然后将其贮存在高真空的绝热容器中。生产液氢一般采用膨胀剂，氨制冷和节流循环这三种液化循环。液氢贮存工艺最早用于宇航中，其成本

较高，安全技术也比较复杂。高度绝热的贮氢容器是目前研究的重点。

2.3金属氢化物贮存

现在已研究成功的多种贮氢合金可以分为四大类：一是稀土镧镍等，二是铁- 钛系，三是镁系，四是钒、铌、锆等多元素系。目前在金属氢化物贮存方面存在的主要问题是：贮氢量低、成本高及释氢温度高。[2]

3.氢的输送

3.1 气氢输送

氢气的密度特别小,为了提高输送能力,一般将氢气加压,使体积大大缩小,然后装在高压容器中,用船舶或牵引卡车进行较长距离的输送。在技术上,这种运输方法已经相当成熟。

3.2 液氢输送

当液氢生产厂离用户距离较远时,可以把液氢装在专用低温绝热槽罐内,放在机车、卡车、船舶或者飞机上运输。这是一种既能满足较大输氢量又比较经济、快速的运氢方式。3.3 固氢输送

用金属储氢材料储存与输送氢比较简单,即用储氢合金储存氢气,然后运输装有储氢合金的容器。固氢输送有如下优点: (1)体积储氢密度高; (2)容器工作条件温和,不需要隔热容器和高压容器;(3)系统安全性好,避免爆炸危险。最大的缺点是运输效率太低(不到1%)。

3.4 其它输送途径

专家们已经设计并试验了没有氢气的氢输送系统即首先将氢转化为某种液体形式,如甲醇、氨、环己烷等,然后将这些液体送到用户,就地制氢,从而实现氢的高效输送。但此项技术目前还没有得到技术及经济上的详细论证。[3]

4.氢能源的商业价值

4.1氢能源的应用范围广范

自从20世纪60年代开始，氢能源能首先被用于火箭和航天飞机发射等领域，随着技术的进步和对环境保护的重视，氢能的应用领域逐步扩大到汽车、飞机燃料、氢燃料电池等方面。

如今，燃料电池的使用范围推广在一定程度上刺激消费，间接促进经济增长，已经为商业宣传和家用产品的新形势。例如：便携式电子产品，如笔记本电脑，照相机和移动电话通过使用氢气可将带电量延长10～20倍。

在汽车制造业方面，世界主要的六大汽车制造商早在90年代开始投入大量资金研制的氢燃料电池技术，将此技术摒弃原有的复杂变速箱等动力传动装置，4台由燃料电池驱动的电机直接同车轮相连推动汽车行走，由于燃料装置、燃料箱、电机一并安装在汽车的底盘中，底盘上方成一平面，只要根据不同消费者的要求设计和制造汽车外形与固定的底盘组装就形成不同风格的汽车外形。特殊的结构模式不仅扩大了室内外空间，开创汽车模块儿化的批量生产新模式，给消费者带来全新操作体会而且将引发一场汽车概念设计新浪潮。汽车造型设计师根据自己的大胆创意思维在保证使用空间前提下真正发挥艺术设计才能。

4.2氢能源引领新生活方式

在未来，只要将汽车接入家庭和办公室等场所的插线板，便可以供应一切设施的用电量。一般而言，家庭房屋的平均用电量为10千瓦/天，而氢燃料电池汽车的能量可以维系40千瓦/天的用电量，新模式下的汽车可以成为住宅和办公室的发电厂。当然，要实现这一步的电力建设，也正是21世纪我们从现有经济过渡到“氢”经济时代的重要挑战之一。此外，化石燃料危机只增不减趋势，不久的将来化石燃料经济终将被相对低成本的可再生能源所取代，成为新时代的可再生能源经济。[4]

5.氢能源前景展望

氢能作为最清洁的可再生能源，近十多年来引起发达国家高度重视，中国近来也投入巨