能源技术-制氢储氢技术

《能源技术-制氢储氢技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、氢能的制备和储存技术陈兴阳2012.10.19目前世界各国都在因地制宜的发展核能、太阳能、地热能、风能、生物能、海洋能和氢能等新型能源，其中氢能以资源丰富、热值高、无污染等优点被认为是未来最有希望的能源之一。一.氢能发展及应用ⅰ氢能的利用方式①直接燃烧氢焊切割②通过燃料电池转化为电能③核聚变ⅱ氢能发展美国的氢能发展路线图从时间上分4个阶段①技术、政策和市场开发阶段；②向市场过渡阶段；③市场和基础设施扩张阶段；④走进氢经济时代。00年—10年将开发小于500kW的固定式高温燃料电池系统(MCFCPSOFC)；开发小于300kW的固定式低温燃料电池系统(PEM)。20年-50年1

2、0年—20年新的氢燃料家用车比例要达到5％，其他氢燃料交通工具比例达到2％。所有车的平均二氧化碳排放量减少2.8g/km，二氧化碳年排放量减少1500万t新的氢燃料家用车比例要达到35％，其他氢燃料交通工具比例达到32％。所有车的平均二氧化碳排放量减少44.8g/km，二氧化碳年排放量减少2.4亿t。欧盟氢能发展路线二.制氢技术Ⅰ电解水制氢Ⅱ矿物燃料制氢Ⅲ甲烷催化热分解制氢Ⅰ电解水制氢电解水制氢多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽（外形似压滤机）来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气，阴极出氢气。电解水示意图FDQ水电解制氢装置电解液自然循环中压电水解制氢电解水制氢工业

3、历史较长，目前常用的电解槽一般采用压滤式复极结构，或箱式单级结构。箱式结构：装置简单，易于维修，投资少，缺点是占地面积大，时空产率低。压滤式：结构较为复杂，优点是紧凑、占地面积小、时空产率高，缺点是难维修、投资大。目前，我国水电解工业仍停留在压滤式复极结构电解楷或单极箱式电解槽的水平上，与国外工业和研究的水平差距还很大。Ⅱ矿物燃料制氢主要有重油部分氧化重整制氢，天然气永蒸气重整制氢和煤气化制氢。用蒸汽和天然气作原料的制氢化学反应为：CH4+2H2O→CO2+4H2用蒸汽和煤作原料来制取氢气的基本反应过程：C+2H2O→CO2+2H2虽然目前90％以上的制氢都是以天然气和煤为原

4、料。但天然气和煤储量有限，且制氢过程会对环境造成污染，按照科学发展观的要求，显然在未来的制氢技术中该方法不是最佳的选择。Ⅲ甲烷催化热分解制氢传统的甲烷裂解制造氢气过程都伴有大量的二氧化碳排放，但近年来，甲烷因热分解制氢能避免CO2的排放，而成为人们研究的热点。高温+催化C+2H2CH4甲烷分解1mol氢气需要37.8kJ的能量，排放CO20.05mol。该法主要优点在于制取高纯氢气的同时，制得更有经济价值、易于储存的固体碳，从而不向大气排放二氧化碳，减轻了温室效应。由于基本不产生CO2，被认为是连接化石燃料和可再生能源之间的过渡工艺。但生产成本不低，如果副产物碳能够具有广阔的

5、市场前景，该法将会成为一种很有前途的制氢方法。三:储氢技术Ⅰ低温液态储氢Ⅱ金属氢化物储氢Ⅲ物理吸附储氢材料Ⅳ配位氢化物储氧Ⅴ高压气态储氢Ⅰ低温液态储氢这种储氢方式是一种轻巧紧凑的方式，质量储氢率和体积储氢率分别为5％(wt)和37g/L。液氢储存工艺特别适宜于储存空间有限的运载场合，如航天飞机用的火箭发动机、汽车发动机和洲际飞行运输工具等。问题：但由于氢气液化要消耗很大的冷却能量，液化1kg氢需耗电4—10kWh，增加了储氢和用氢的成本。另外液氢储存容器必须使用低温用的特殊容器，由于液氢储存的装料和绝热不完善容易导致较高的蒸发损失，因而其储存成本较贵，安全技术也比较复杂。高度

6、绝热的储氢容器是目前研究的重点。Ⅱ金属氢化物储氢金属氢化物:金属、合金或金属间化合物与氢反应生成的氢化物。在一定条件下可释放氢，用做贮氢材料。当前主要研究的几种储氢材料有稀土系AB型储氢合金，镁基储氢合金，碳纳米管等。原理：因其表面的催化或活性作用，将一旦氢与储氢合金接触，即能在其表面分解为H原子，然后H原子扩散进入合金内部直到与合金发生反应生成金属氢化物，此时，氢即以原子态储存在金属结晶点内。因此，金属储氢功能材料可以像海绵一样大量吸收氢气。这些过程受热效应与速度的制约，因此金属氢化物储氢比液氢和高压氢安全，并且有很高的储存容量。但是，金属氢化物的不足在于其质量储氢率低，抗

7、杂质气体中毒能力差，反复吸放后性能下降。要满足燃料电池汽车对氢源的要求(可逆氢容量大，性价比高，寿命长)，还有很长的路要走。Ⅲ物理吸附储氢材料碳基多孔材料非碳纳米管类材料矿物多孔材料金属有机物多孔材料Ⅳ配位氢化物储氧配位氢化物主要是指碱金属或碱土金属与第三主族元素与氢配位形成的氢化物，例NaBH4；KBH4；LiBH4等。配位氢化物的吸放氢反应与储氢合金相比，主要差别在于配位氢化物在普通条件下没有可逆的氢化反应。配位氢化物储氢合金的特性及对比配位氢化物是由碱金属及碱土金属同ⅢA族元素与氢形成的化合物，按