《能源材料第二章》PPT课件

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1、储氢材料随着传统能源石油、煤日渐枯竭,且石油、煤燃烧产物CO2和SO2又分别产生温室效应和酸雨,使人类面临能源、资源和环境危机的严峻挑战,寻找新的洁净能源已列入人们的议事日程。氢是一种洁净能源,已受到人们的充分重视。但要把氢作为新能源,还有许多事情要做,必须解决氢的储存和运输问题,寻找高效节能的制氢方法和研制经济适用的储氢材料很有必要。制氢方法制氢方法较多,有物理制氢法、化学制氢法和生物制氢法,但目前能够工业化的制氢方法还只有化学制氢法。水电解制氢水电解制氢工艺是很古老的制氢方法,目前国内外对此技术已较成熟,设备已成套化和系列化,如国内生产的各种规模水电解制氢设备

2、可满足用户2～200m3/h(标准)氢气需求。优点工艺较简单,可完全自动化,操作方便,其氢气纯度较高(一般可达99%～99.9%)。缺点耗电量较高,一般不低于5kW·h/m3(标准)。理论上1.229V的电压就可以进行水电解,实际上由于氧和氢的生成过程中存在超电压及其他因素,水电解所需的电压要比理论值大得多。水电解法制氢,选择合适的电极是关键。非晶态合金具有高机械强度、优异的抗腐蚀性和独特的晶态结构,是一种优良的电极材料。在用非晶态合金制备的电极中,Fe60Co20Si10B10具有较低的超电压,较高的释放氢活性,优于多晶体的铂和镍。电解水较好的电极组合是Fe60

3、Co20Si10B10作阴极,Co50Ni25Si15B10作阳极,比Ni/Ni电极组合节约能量10%。甲醇蒸气转化制氢目前甲醇蒸气转化制氢已成为重要的氢气来源,受到许多国家重视,法国、丹麦等国已开发了自己的甲醇蒸气转化制氢技术,在世界各地建设了许多中小型制氢装置。中国石化集团齐鲁石化研究院也成功地开发了甲醇蒸气转化制氢技术及双功能催化剂QMH201,采用该技术建成的1000m3/h(标准)制氢装置已于1995年底投产。甲醇蒸气转化制氢反应温度较低(260～280℃),与同等规模的天然气或轻油转化制氢装置相比,可节约能量50%;与同等规模的水电解制氢装置相比,成本

4、为其33%～50%。该法的另一优势是原料甲醇易得且储运方便,受地域限制较少,适于中小制氢用户使用。氨分解制氢氨气在催化剂存在下,温度高于50℃时即可分解为N2和H2。其反应式为:氨气分解制氢所用催化剂一般为镍或铁,其工艺过程为:液氨经预热、蒸发变为气氨,在约800℃下催化分解成氢气和氮气,分解气经吸附净化后(脱除氨和水)制得高纯氮氢混合气。如需纯氢,则可配套气体分离设备。该法的优点是比水电解法制氢能耗低40%以上(水电解制氢的能耗为73.4kJ/m3,氨分解制氢的能耗为42.7kJ/m3),但其缺点是明显的:一是反应温度高(约800℃),对反应器和换热器等材质要求

5、较高;二是液氨储存需用压力容器,且氨气属易燃易爆品。烃类氧化重整制氢烃类氧化重整制氢反应在同一反应床层中进行,中国科学院大连化学物理研究所对该项目进行了大量理论和实验研究,并取得了突破性进展。该方法原理是:首先要把汽油变成合成气(CO+H2),合成气经分离提浓制得氢气。合成气分离提纯氢气有物理提纯法和化学提纯法,前者采用变压吸附、膜分离等,后者通过CO和水蒸气进行高/低温变换成CO2和H2,进一步除去CO2即得纯氢。生物制氢生物制氢设想首先是由Lewis于1966年提出,以后一些国家开始研究,但至今生物制氢技术还很不成熟,大多数研究都着眼于纯菌种及细胞固定化技术,

6、如产氢菌种的筛选及包埋剂的选择,而菌种也只限于光合细菌,至今在基础理论和应用技术方面均无突破。20世纪90年代,以厌氧活性污泥和碳水化合物为原料,利用发酵法生物制氢,突破了生物制氢必须用纯菌种和固定化技术的局限,开辟了一条利用非固定化菌种生物制氢的新技术,使我国的生物制氢技术处于世界领先地位。生物制氢技术为一种符合可持续发展战略性课题,已引起德国、日本、美国、俄罗斯、英国等世界经济强国的重视。日本、美国等为此成立了专门机构,建立了生物制氢规划,进行生物制氢的基础性和应用性研究,将在21世纪中叶使该技术实现商业化生产。日本能源部主持的氢行动计划中,确立的最终目标是建

7、立一个世界范围的能源网络,以实现氢的有效生产、运输和利用,时间为1993～2020年。其他方法制氢①20世纪50年代,Schlesinger等利用催化剂,使硼氢化钠(NaBH4)在碱性水溶液中水解产生氢气和水溶性亚硼酸钠(NaBO2),反应式如下:该法优点是原料硼氢化钠溶液不燃,储运和使用安全,制得的氢气纯度高,可直接作为质子交换膜燃料电池的原料,催化剂可循环使用,常温下甚至0℃下仍可生产氢气,无污染,但目前还有若干技术障碍,尚不能实用化。②从富氢的工业尾气中回收氢气,如合成氨装置弛放气、乙烯装置的排放气等都含有丰富的氢气,可采用变压吸附、膜分离等方法加以回收。电

8、解熔融盐K