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1、浅谈氢能发电的发展趋势和存在问题课程:新能源概论班级:11电子信息2班姓名:张信勇2013年5月目录第一章氢能的介绍1§1.1氢能的特点1第二章氢能开发与利用的现状3§2.1氢能的开发3第三章 氢能的发展现状9§3.1 国外发展概况9§3.2 国内发展概况9第四章 氢能的应用前景11§4.1 氢的直接燃烧利用11§4.2 氢能在燃料电池中的应用11§4.3 氢能在其它领域的应用12第五章氢能开发面临的问题14第六章总结15参考文献16第一章氢能的介绍§1.1氢能的特点氢位于元素周期表之首,它的原子序数为1,在常温常压下为气态,在超低温高压下又可成为液态。作为能源,氢有以下特点:1
2、.1所有元素中,氢重量最轻。在标准状态下,它的密度为0.0899g/l;在-252.7°C时,可成为液体,若将压力增大到数百个大气压,液氢就可变为固态氢。1.2所有气体中,氢气的导热性最好,比大多数气体的导热系数高出10倍,因此在能源工业中氢是极好的传热载体。1.3氢是自然界存在最普遍的元素,据估计它构成了宇宙质量的75%,存储量大。除空气中含有氢气外,它主要以化合物的形态贮存于水中,而水是地球上最广泛的物质。据推算,如把海水中的氢全部提取出来,它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大90O0倍。1.4氢的发热值高,除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料
3、中最高的,为142,351kJ/kg,是汽油发热值的3倍。如表1-4.表1-4几种物质的燃烧值1.5氢燃烧性能好,点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,3%-97%范围内均可燃。而且燃点高,燃烧速度快。1.6氢本身无毒,与其他燃料相比氢燃烧时最清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质,少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境。1.7氢循环使用性好,燃烧反应生成的水可用来制备氢,循环使用。1.8氢能利用形式多,既可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,又可以作为能源材料用于燃料电池,或转换成固态氢用作结构材
4、料。用氢代替煤和石油,不需对现有的技术装备作重大的改造,现在的内燃机稍加改装即可使用。1.9氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现,能适应贮运及各种应用环境的不同要求。第二章氢能开发与利用的现状§2.1氢能的开发氢能否被广泛使用,制氢工艺是基础。因为水分子中氢和氧的结合非常牢固,要把它们分开,需花费很大的力气。比方说,必须加热到摄氏二、三千摄氏度的高温,才能把水分解成氢气和氧气。这样不仅要消耗很多的能量,而且还要有相应的耐高温、耐高压设备。为了避开这个难点,目前实际上主要还是利用天然气、煤炭和石油产品作原料来制取氢气。(1)矿物燃料制氢是利用化学方法将矿物中的氢元素提取出来的方
5、法。①煤的焦化,即将煤通过高温干馏生产焦炭,同时得到一种气体产品──炼焦煤气,从炼焦煤气可以制得氢气。这是一种古老的生产氢的方法,而且氢只是一种副产品。②水煤气转化。水蒸气通过炽热的煤层制得水煤气,10000CC+H2O======CO+H2↑-Q然后把水煤气跟水蒸气混合,以氧化铁等为催化剂,在500~5500C使水煤气中的一氧化碳转化为二氧化碳,500~5500CCO+H2O==========CO2+H2+Q再把混合气体加压、水洗使二氧化碳溶于水,即分离出氢气③从天然气、炼厂气(石油炼制厂的副产气体)、油田气等气体燃料中制取氢气。把碳氢化合物,如甲烷(存在于天然气、炼厂气中)
6、高温裂解,可制得炭黑和氢气,高温裂解CH4==========C+2H2在镍催化剂存在下,把一些碳氢化合物,如甲烷跟水蒸气在800~9000C时起反应,制得氢气和一氧化碳的混合气体,[Ni]800~9000CCH4+H2O=========CO+3H2再把一氧化碳转成二氧化碳(应用水煤气转化法),并使之加压溶解于水,遂获得氢气。还可采用碳氢化合物部分氧化法来制氢,原理同上面差不多,也是用碳氢化合物和水蒸气通过催化剂生成氢、一氧化碳、二氧化碳的混合气体,然后在混合气体中加进更多的水蒸气,依靠另一些催化剂的作用,生成更多的氢和二氧化碳。这些方法大都需要催化剂和高温,催化剂多数是镍的化
7、合物。特别是它们都以碳氢化合物为原料,仍旧离不开煤炭、天然气、石油等矿物燃料,所以算不上是一种有前途的制氢技术。电解(2)电解水法。水中放进一点儿氢氧化钠、硫酸钾、硫酸之类的电解质,通电之后,极上就能放出氢气。电解水法制得氢气的纯度可达99.5~99.8%。其原理为:2H2O======2H2↑+O2↑电解法制氢不消耗矿物燃料,但是用电量很大,每生产1kg氢需要消耗五、六十度电,成本太高。只有在电力供应充裕、电价低廉(如有大量低价的水力发电或核动力发电)的情况下,电解水制氢才有可
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