氢的制备与储存技术

关于氢的制备与储存技术第1页，课件共27页，创作于2023年2月一、氢的制备第2页，课件共27页，创作于2023年2月

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。

第3页，课件共27页，创作于2023年2月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。

氧氢分离机第4页，课件共27页，创作于2023年2月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。

第5页，课件共27页，创作于2023年2月（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。

煤制氢工厂第6页，课件共27页，创作于2023年2月（2）以天然气或轻质油为原料制取氢气

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

第7页，课件共27页，创作于2023年2月反应在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。第8页，课件共27页，创作于2023年2月（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。

氢气氨分解炉第9页，课件共27页，创作于2023年2月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。

第10页，课件共27页，创作于2023年2月（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。

第11页，课件共27页，创作于2023年2月（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。第12页，课件共27页，创作于2023年2月4.其它含氢物质制氢

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。

第13页，课件共27页，创作于2023年2月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。

氢回收工厂第14页，课件共27页，创作于2023年2月二、氢的储存第15页，课件共27页，创作于2023年2月氢可以气态、液态和固态3种方式进行储存。

1、气态方式较为简单方便，也是目前储存压力低于17MPa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。氢储存装置第16页，课件共27页，创作于2023年2月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20K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。氢储存装置第17页，课件共27页，创作于2023年2月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。

第18页，课件共27页，创作于2023年2月目前，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。

第19页，课件共27页，创作于2023年2月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

第20页，课件共27页，创作于2023年2月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。第21页，课件共27页，创作于2023年2月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]。

第22页，课件共27页，创作于2023年2月储氢材料的展望

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第23页，课件共27页，创作于2023年2月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。电池组及高压贮氢罐第24页，课件共27页，创作于2023