氢能的发展与利用

1、浅述氢能的开发与利用院（系、部）:姓名：班级：专业：指导教师：2011年10月10日北京浅述氢能的开发与利用摘要：氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。 近年来，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划， 并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展， 在不久的将来有望 成为氢能技术和应用领先的国家之一，也被国际公认为最有可能率先 实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。氢能是公认的清洁能源， 作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。近年来，我国和美国、日本、加 拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，并且目前我国已在氢能领域取 得了多方面的进展，在不久的将来有望成为氢能技术和应用领

2、先的国 家之一，也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产 业化的国家。关键词：氢；燃料；发展1 .引言氢是一种能源载体，人们可以大规模利用储藏在氢中的能量。 大 约250年前人们就发现了氢，约250年前氢获得工业应用。在使用天 然气之前，人们就用所谓的城市瓦斯来取暖、做饭或道路照明；那种 瓦斯含氢高达60%。我国在推广天然气之前，广泛使用的由煤制取的 城市煤气中氢含量高达50%U上。但是人们对氢作为能源的认识并不 深刻。随着石化能源的资源枯竭和所带来的危害日益严重，人们开始更加关注氢能。2 .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1

3、0年间的跨越式发展，目前我国氢气年产量 已超过1000万to 2.1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%认上，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PSAW氢得到产品氢气。煤制氢工艺流程 见图1。见。蒸汽空气氢气- PSA制氢卜变脱1变脱硫换一变换 图1煤制氢工艺流程2.2 天然气制氢1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。天然气制氢工艺流程见 图2。图2天然气制氢工艺流程2.3 焦炉煤气制氢2随着钢铁

4、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400 m3,而焦炉煤气含 有50%60购氢气，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票及脱硫，除去焦油、苯、祭及硫化物后，进行 压缩、再送入预处理装置进一步净化后，进入 PSAX序，制得产品氢 气。焦炉煤气制氢工艺流程见图3。焦炉煤气 ,除茶脱硫 f 压缩预处F41f PSA制氧一氢气解吸气 图3焦炉煤气制氢工艺流程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

5、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28万哥/h,小型天然气转化制氢设备产氢能力 200 m3/h。3 .氢能是解决我国能源短缺的根本对策之一众所周知，我国能源资源并不富有，人均资源量则更低，研究人 员认为氢能是解决我国能源短缺的根本对策之一36。我国2001年人均石油可采储量只有2.6t ,仅为世界平均值的11% 2001年原油产 量1.65亿t ,原油生产已进入高峰期。公路运输是汽油和柴油的主要用户，2000年消费量分别为4410 万

6、t和1970万t。今后，随着私人汽车拥有量的迅速增加，公路运 输势将成为拉动我国石油需求大幅增长的一个主要因素。从1993年起我国成为石油净进口国，2000年石油净进口 6960万t。图4给出我 国历年石油进口和出口量的统计。综合国内和国际能源机构（IEA）、 美国能源部能源信息署（DOE/EIA等机构2002年的预测，我国,2010 年汽车的油需求量将达 0.9亿一1.1亿t , 2020年达1.5亿一2.3亿 t。 2010年石油总需求量将达 3.4亿一3.8亿t, 2020年达4.3亿一 5.3亿t 。我国专家预测有所不同且需求量也相当高7。图4我国石油进口和出口量如此巨大的能源短缺，直

7、接关系到能源安全、国家安全。要解决 这一能源短缺问题，近期应考虑其它液体替代能源，如甲醇、二甲醍 等，从长远来看应考虑氢能的作用813。4 .燃料电池氢能的应用主要是通过氢燃料电池来实现的， 氢燃料电池发电的 基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过 阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳 极14。燃料电池汽车采用氢气作为燃料，通过氢气与氧气的化学反应， 将化学能转化为电能驱动汽车，最终排出的是清洁的水，因此完全无 污染，是真正意义上的“零排放”。而加一次氢只有几分钟，可以最 多行驶300 km。上海世博会服务的新能源汽车中， 燃料电池汽车就有196辆

8、，包 括专用于贵宾接待的90辆燃料电池汽车、6辆燃料电池公交客车和 100辆燃料电池观光车。燃料电池汽车入园以来，作为世博园区最繁 忙的交通工具，日均接待游客上万人。园区共建有两个加氢站，氢气 由上海焦化厂副产的焦炉煤气分离和提纯而成，实现了副产氢气的循 环利用，提纯后的氢气纯度可达 99.99%,产能可保证世博期间燃料 电池汽车每天600 kg的需求。表1各种气体污染指数（以CO为基准）气体种类二氧化碳(CO)甲烷(CH)氮氧化物(NO)氟碳华物(CF, GF6, GF* GF14)氟硫化物(SR)CFCsHCFCsHFC 23,125HFC 134a污染指数1213106500920023

9、900100005001170038001300 (replacement for CFCs )5.结论(1)氢能是清洁能源，是我国未来新能源发展的必然选择，从 现在起就应从政府层面上重视氢能并加大投入力度。即使几十年后， 利用氢同位素的受控热核聚变(“人造太阳”)可以成功地解决地球能 源问题，那么交通运输系统的汽车、船舶、飞机、火车也还离不开氢 能燃料电池，需要氢作为能源。(2)燃料电池技术是使用氢能的最佳方法之一，但是燃料电池 研究发展已160多年了还未定型；随着新材料、新技术的不断出现， 新型燃料电池还会相继出现。我们应该抓住机遇借鉴发达国家燃料电 池的经验和教训，开发新型燃料电池。当前

10、我国氢能研究相对弱、相 对分散，建议组建国家级氢能研究中心，稳定、持久地开发氢能，为 我国的可持续发展打下良好的基础。(3)根据我国国情，宜采取多种用氢方式，择优而行。氢燃料 电池是使用氢能的最高级#最有效的方式，我国已经有较为雄厚的基 础，做了大量的工作，要继续努力。同时对于氢的直接燃烧方法的研 究也要给予重视。纯氢气燃烧有其特殊性，主要是火焰温度高、无色 等，使用纯氢气时应考虑到燃烧系统的适应性； 而若将氢按一定比例 添加到天然气中，混合后的燃气由民用天然气站供给作为居民生活燃 料，或由CNGffl气站按原加气方式注入燃料罐直接使用，这样不用改 变用户的任何设备，氢在目前就可以得到使用，而

11、不用等到 20年之后。北京市目前有约2000辆CN宓共汽车，预计到2008年将有 50008000辆CN心共汽车，如果掺入)15%20%(体积)的氢，则相 当于有几百辆燃烧纯氢的公共汽车，将会给首都的能源供应、环境保护带来相当大的好处。参考文献1 彭奕，李淑芳.工业制氢方案的分析和探讨J.化工设计，2003, (4): 712.2 任培兵，张振广，解红梅，等.焦炉煤气制氢系统的优化J.燃料与化工，2006, 37 (2): 5253.3 顾树华，张希良.城市交通的可持续发展与能源问题J.环境保护，2003 (1): 52554 胡卫华，谢起成，韩晓东.燃料电池电动汽车的燃料J.公路交通科技.2

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