《生物质制氢技术》PPT课件
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Z122-5生物质能源氢能PPT课件
1.电解水制氢 2. 烃类水蒸汽重整制氢 3. 重油氧化制氢重整法
电解水制氢
2H2O→2H2↑+02↑
电解水方法制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原 料制氢工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，则可使水分解成氢气和氧气。提供电能使水分解 制得的氢气的效率一般在75％－85
许多研究还都集中在细菌和酶固定化技术 上，离工业化生产还有很大差距
目前的主要问题
微生物制氢的反应机理没没有得到很好的 研究（包括各种遗传机制、能量代谢与物 质代谢过程的研究），没有建立起完善的 理论体系，对科学研究的更快发展不利。
微生物为何能产生氢气？？
微生物产氢的关键因素－产氢 酶
产氢过程中能够使质子还原为氢气的酶有 固氮酶和氢酶两种。
重新重视－
到了90年代，人们对由以化石燃料为基础的 能源生产所带来的环境问题有了更为深入的 认识。利用化石燃料不是长久之计。此时， 世界再次把目光“聚焦”在制氢技术上。
氢能的优势
1.地球上的氢元素十分丰富 2.氢气是最洁净的燃料 3.氢能的高效率 4.氢是可储存的二次能源
三种主要的传统制氢技术
当蓝细菌处于厌氧黑暗环境中一段时间后， 开始合成产氢酶
固氮酶是由两种蛋白质分子构成的金属复 合蛋白酶,能催化还原氮气成氨，氢气作为 副产物产生。
氢酶是微生物体内调节氢代谢的活性蛋白。 氢酶又可以分为吸氢酶、可逆性氢酶。氢 酶在微生物中主要功能是吸收固氮酶产生 的氢气。可逆性氢酶的吸氢过程是可逆的， 吸氢酶的吸氢过程是不可逆的。因此从产 氢需求出发，常勾践吸氢酶基因缺陷的突 变体以增加产氢的速率。
优点：其中工艺过程简单，无污染，转化率高 缺点：消耗电量大。目前电解水的工艺、设备均在不
电解水制氢
2H2O→2H2↑+02↑
电解水方法制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原 料制氢工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，则可使水分解成氢气和氧气。提供电能使水分解 制得的氢气的效率一般在75％－85
许多研究还都集中在细菌和酶固定化技术 上，离工业化生产还有很大差距
目前的主要问题
微生物制氢的反应机理没没有得到很好的 研究（包括各种遗传机制、能量代谢与物 质代谢过程的研究），没有建立起完善的 理论体系，对科学研究的更快发展不利。
微生物为何能产生氢气？？
微生物产氢的关键因素－产氢 酶
产氢过程中能够使质子还原为氢气的酶有 固氮酶和氢酶两种。
重新重视－
到了90年代，人们对由以化石燃料为基础的 能源生产所带来的环境问题有了更为深入的 认识。利用化石燃料不是长久之计。此时， 世界再次把目光“聚焦”在制氢技术上。
氢能的优势
1.地球上的氢元素十分丰富 2.氢气是最洁净的燃料 3.氢能的高效率 4.氢是可储存的二次能源
三种主要的传统制氢技术
当蓝细菌处于厌氧黑暗环境中一段时间后， 开始合成产氢酶
固氮酶是由两种蛋白质分子构成的金属复 合蛋白酶,能催化还原氮气成氨，氢气作为 副产物产生。
氢酶是微生物体内调节氢代谢的活性蛋白。 氢酶又可以分为吸氢酶、可逆性氢酶。氢 酶在微生物中主要功能是吸收固氮酶产生 的氢气。可逆性氢酶的吸氢过程是可逆的， 吸氢酶的吸氢过程是不可逆的。因此从产 氢需求出发，常勾践吸氢酶基因缺陷的突 变体以增加产氢的速率。
优点：其中工艺过程简单，无污染，转化率高 缺点：消耗电量大。目前电解水的工艺、设备均在不
《制氢技术简介》课件
制氢技术的优势
1 环保
燃烧氢气时无二氧化碳排放，对环境友好。
2 节能
可以利用再生能源制氢，提高能源利用效率。
3 替代石油
制氢技术应用广泛，可替代石油等化石燃料，减少对有限资源的依赖。
制氢技术简介
本课件将介绍制氢技术的原理、种类、应用和优势。通过化学或物理手段， 制氢技术可以将水分子中的氢离子与电子分离，形成氢气。
什么是制氢技术
制氢技术利用化学或物理手段将水分子中的氢离子（质子）与电子分离，形 成氢气。它是一种重要的能源转化方式，具有广泛的应用前景化石燃料重整法和生物法等。
2 物理分离法
包括氢渗透膜法、原子吸附法和离子膜抽提法等。
制氢技术的应用
燃料电池
将氢气和氧气反应产生电能，作为清洁能源应 用于交通和能源领域。
合成氨生产
利用制氢技术作为合成氨生产的重要步骤。
氢化制氢
利用氢气与有机物反应制备高纯度的氢化物。
汽车燃料
氢气作为汽车燃料，零排放，成为未来发展的 方向。
《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
制氢技术ppt课件
2.5 其他制氢方法
烃类分解生成氢气和炭黑
生成的炭黑可以用于橡胶工业、着色剂、抗静电剂、复 印色粉及黑色染料等。 ❖ 热裂解法
CnHm----n C + m/2 H2 ❖ 等离子体法 a. 采用氢气为等离子体气。 b. 原料的适应性强，几乎所有的烃都可作制氢原料。 c. 过程的热量可回收发电，能耗有所降低。
床气化炉和Texaco加压气流床气化炉。制得的氢主要 用于合成氨工业。 2）煤炭地下气化生产原料气 将地下的煤直接进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及 化学作用而产生可燃气体。集建井、采煤、地面气化 三大工艺为一体，省去庞大的工艺设备。“第二代采 煤方法”
气体原料制氢
❖ 天然气水蒸气重整制氢 CH4+H2O----CO+3H2-206KJ CO+H2O----CO2+H2+41KJ 需要吸收大量的热，反应温度为650~850度，反应管出口
第二章 制氢
L/O/G/O
目前的制氢方法有哪些？
热化学 制氢
化石能 源制氢
电解水制 氢
氢气
其它制氢 方法
生物质 制氢
2.1 氢气的实验室制法
2.1 氢气的实验室制法
2.2 用水制氢
❖ 水电解制氢目前占总产量的４％，工艺过程简单，无污染，但 消耗电量大，每立方米氢气电耗为4.5—5.5 kWh，电解水制氢 主要用于工业生产中要求纯度高，用氢量不多的工业企业。
1）开发新的热源---热化学制氢过程需要消耗水和热，热 源是关键。核能是今后最有希望的热源；太阳能亦可 产生600-800℃ 的高压过热蒸汽。
2）热化学制氢面临的技术挑战 反应过程的控制，以及中间产物的分离。 3）热化学制氢的材料难题——耐酸以及高温材料的研究
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
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
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。
微生物制氢PPT课件
40L生物制氢及氢能－电能转化一体化系统
• 世界首例发酵法生物制氢生产线在哈尔滨启动
• 由哈尔滨工业大学任南琪教授承担的国家“863”计划“有机废水发酵法生物制氢技术生产性示范工程”， 己在哈尔滨国际科技城——日产1200立方米氢气生产示范基地一次启动成功。
展望
• 由于氢是高效、洁净、可再生的二次能源，其用途越来越广泛，氢能的应用将势不可当地进人社会生活的 各个领域。由于氢能的应用日益广泛，氢需求量日益增加，因此开发新的制氢工艺势在必行，从氢能应用 的长远规划来看开发生物制氢技术是历史发展的必然趋势。
• 采用细胞固定化技术，可以实现稳定的产氢与储氢。
• 但为保证较高的产氢速率，实现工业规模的生产，还必须进一步地完善固定化培养技术，优化反应条件， 如培养基的成份、浓度、PH等。
• 这是一项集发酵法生物制氢和高浓度有机废水处 理为一体的综合工艺技术
厦门大学承担着“十五”863计划中的高效微生物制氢系统与工艺 课题，并己取得一定的成果，建立了针对农 作物秸杆、淀粉类物质和有机废水的高效分解系统。
直到现在，各种生物制氢方法都还不是很成熟
• 现有的研究大多为实验室内进行的小型试验，采用批式培养的方法居多，利用连续流培养产氢的报道较少。 试验数据亦为短期的试验结果，连续稳定运行期超过40天的研究实例少见报道。即便是瞬时产氢率较高，长 期连续运行能否获得较高产氢量尚待探讨
• 许多研究还都集中在细菌和酶固定化技术上，离工业化生产还有很大差距
• 冷落－ 石油价格回落以后，氢气及其它替代能源的技术研究一度不再出现在一些国家的议事日程中。
• 重新重视－ 到了90年代，人们对由以化石燃料为基础的能源生产所带来的环境问题有了更为深入的认识。利用化石燃料不 是长久之计。此时，世界再次把目光“聚焦”在制氢技术上。
《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.
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
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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。
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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。
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（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。
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（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。
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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
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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
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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。
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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。
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（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。
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（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。
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（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。
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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。
《生物质制氢技术》PPT课件
生物能源
第四章 生物质制氢技术
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1
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
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2
§4.1 概述
以值量计在宇宙中最普通的10种元素
• 氢的性质 • 含量为最丰富的元素
元素 氢
百万分比 750,000
• 最环保、洁净的能源
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4
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、ห้องสมุดไป่ตู้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
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
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
过程各完有整利版弊课件ppt
5
• 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。
3、氢气分离、净化
• （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
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。
第四章 生物质制氢技术
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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
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§4.1 概述
以值量计在宇宙中最普通的10种元素
• 氢的性质 • 含量为最丰富的元素
元素 氢
百万分比 750,000
• 最环保、洁净的能源
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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、ห้องสมุดไป่ตู้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
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
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
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• 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。
3、氢气分离、净化
• （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
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。
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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编化辑炉pp的t 物料流动性，提高其气化稳定性是下吸式气 10 化炉需要研究的。
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氢的存在形式及制取途径
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 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
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
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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。
• 生物质气化的主要产物为H2、CO2、CO、CH4 • 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。
• 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。
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§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
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
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 • 产物的有效成分有：H2、CO、CH4、CO2等→需进行气体 分离以得到纯氢
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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。
• （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。
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
过程各有利编辑弊ppt
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• 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。
生物能源
第四章 生物质制氢技术
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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
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§4.1 概述
以值量计在宇宙中最普通的10种元素
• 氢的性质 • 含量为最丰富的元素
元素 氢
百万分比 750,000
• 最环保、洁净的能源
上述反应导致床灰中的残炭含量减少，气体产物中的CO2和H2含量增多。生物质 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，促进炭编的辑气ppt化反应的发生是催化气化制氢的一个1重1 要研究内容。
• （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
3、氢气分离、净化
• （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。
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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 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 顶部下降时，物料中的部分水分被上升的热气流带走，使 产品气中H2含量减少。
• 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：
氦
• 所有气体中最轻的
氧
碳
• 热值为汽油的3倍
氖
• 着火点低，易爆炸（体积
铁
分数为18-65%时）
氮
230,000 10,000 5,000 1,300 1,100 1000
硅
700
镁
600
编辑ppt 硫
500
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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
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