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知识讲堂

氢能源、氢能的制取储存与应用,氢氧能源大全

氢作为一种没有污染的可燃性气体获取途径丰富,氢上网燃烧热值大并且燃烧生成物水蒸气,不会产生大量的含碳化合物和污染性气体、粉尘等种种突出的特性,因此科学界早就预测氢能源将是二十一世纪的可替代性能源之一,它与清洁电力能源、太阳能灯成为未来能源体系的主要支柱

当然,氢能成为新能源结构的主要支撑点之前还需要解决很多问题,诸如氢气的制取、氢气的储存与运输以及氢能的利用方面继续开展研究。开发制氢新技术,将主要考虑以水为原料,达到水分解制氢,氢燃烧生成水的循环过程。由于氢大量存在于水中,因此利用水制氢一旦技术成熟,这到实用化后,以氢为能源结构主要支柱便成为可能。叙述了制氢新技术的研发,例如电解水制氢、高温水热裂解法制氢、热化学循环制氢、太阳能光解水制氢、生物质能制氢以及废弃物制氢。氢的储存和运输主要有高压气体储存和运输、低温液体储存和运输以及金属储氢材料储存和运输等。

氢的应用有:在工业上的应用,在民生上的应用,在交通运输上的应用,在航空航天上的应用,燃料电池发电和储能建立太阳能-氢能系统等

随着化石燃料消耗量的逐渐增大及其储存量的逐渐枯竭,以及对环境保护的日益重视,以石油、煤炭、天然气为代表的一次能源最终将被太阳能、风能、海洋能、生物质能等清洁可再生能源所取代。氢能作为一种无污染的二次能源,由于具有资源丰富,氢燃烧热值大且燃烧产物是水,不会产生大量的烃、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物(NOx)和有机酸,造成环境污染等种种突出的优势,因此科学家们预测氢能将在未来的能源体系中占有一席之地,它与电力将成为21世纪能源体系的两大支柱。但是氢能要成为新能源结构的支柱,还需在氢气的制取、储存与运输以及氢能的利用方面继续开展研究。

1.制氢新技术的研发   

目前世界上氢气大部分以石油、天然气和煤为原料制取,小部分来自电解水等。 开发制氢新技术,将主要考虑以水为原料,达到水分解制氢,氢燃烧生成水的循环过程。由于氢大量存在于水中,因此利用水制氢一旦技术成熟,以氢为能源结构主要支柱便成能。原则上要求制氢技术满足大型化、高效率、低成本,使氢气得到应用。

[电解水制氢电解水制氢(氢氧机),关键是耗能问题。以电能换氢能,成本很高。但是,通过太阳光发电或热发电以及海洋能、生物质能、地热能、非尖峰负荷的原子能电站产生的电能来制氢,可以降低氢的成本。同时,也需要开发低电耗、高效率的电解水制氢新技术。日本开发了高温加压法,将电解水的效率提高到75%;美国建成一种SPE工业装置,能量效率达90%;我国研制了双反应器制氢工艺。先进的PEM电解工艺,是一种可逆的电/氢转换装置,是燃料电池和产氢的电解槽的统一,总转换效率可达95%

[高温水热裂法制氢将水蒸汽加热300K以上,使水分子热裂,直接分解成氢气和氧气。

[热化学循环制氢目前已研究出100多种分步热化学循环流程制氢工艺。利用太阳能或高温气冷堆原子能电站的热能,使反应不断循环进行,达到连续制氢的目的。

[太阳能光解水制氢利用半导体电极的光电化学效应制成太阳能光电化学电池,以水为原料,在太阳光照射下制取氢。虽然太阳能光解水制氢在实验室己取得突破性进展,但仍有电极材料、电池结构、电催化、光化学反应及光腐蚀稳定性等一系列技术和理论上的难题需要解决,才能达到实用化。

[生物质能制氢利用植物的光合作用分解水制氢或产氢细菌在太阳光照射下制氢。这些方法仍属实验室探索阶段。

2.氢的储存和运输    

氢的储存和运输是氢能开发利用中极为重要的技术,因此氢气的储存和输送技术的研究十分重要。氢气常用高压气体储存、低温液氢储存及现在正在开发的金属储氢材料的固体储存。输送方式除一般的交通工具以外,还有管道运输方式。

[高压气体储存和运输]  大量用作化工原料的氢气是将氢气压缩到15-20MPa,用高压容器储存。氢气大量长期储存还可以利用山洞、废矿洞、岩洞、地下洞做储氢库。用车、船运输。然而,氢气的重量只占容器重量的1%-2%,且处于高压下,因此在经济上和安全上都不可取。欧美采用管道远距离输送氢气。美国休斯敦的空分公司通过φ100-300mm管道,把纯度99.5%H2,输送近100km,以0.4-5.6MPa的压力供工厂使用。用管道运输的优越性在于:可以把现有的天然气和城市煤气管道输送系统改造为氢气输送系统。

[低温液体储存和运输]

-252.8℃的深冷状态下将氢气液化,氢体积大大缩小,用杜瓦瓶或真空绝热容器储存,用液氢罐车或槽车运送。液氢储罐或储槽的重量约为高压钢瓶重量的1/6-1/10,相对来说容器重量减轻。液氢同样可以用真空绝热管道输送。但液化氢气的能耗较大,对真空绝热的要求比较高,存在氢气蒸发损耗。

[金属储氢材料储存和运输]  由于高压气储运及液态氢储运方式存在着不安全、能耗高、储量小、经济性差等重大缺陷,最有前景、安全经济的氢气储运方式是用金属氢化物储氢材料。 储氢合金主要有三大系列:以LaNi5为代表的稀土系储氢合金系列;以TiFe为代表的钛系储氢合金;以Mg2Ni为代表的镁系储氢材料。

 3.氢的应用

[在工业上的用途]  用作化工原料,生产化肥、染料、塑料、甲醇及油类和脂肪的氢化等。

[在民生上的用途]

氢可取代天然气及煤气为居民生活取暖、烹煮、加热水等提供能源。

[在交通运输方面的用途]  氢可做合成燃料替代石油,用于汽车、飞机、船舶上。氢的燃烧热值为142kJ/gH2,石油为48kJ/g。燃烧产物是水,对环境污染低,主要问题仍在于降低制氢的成本,解决氢的储运等。

[在航空航天上的用途]  氢目前最重要的用途之一是作为航空航天工业用燃料,通过液氢、液氧燃烧产生的巨大推力将火箭等送上太空。

[燃料电池发电和储能]  燃料电池通过氢气与氧气或空气的化学反应得到直流电,其发展按电解质的不同可分为:碱性(AFC)、磷酸型(PAFC)、熔融碳酸盐(MCFC)、固体氧化物(SOFC)、固体聚合物(SPEFC)、质子交换膜(PEMFC)等。用燃料电池发电,能量密度大、发电效率高,PEMFC的效率可达70%以上。只要能降低重量和成本,用燃料电池取代内燃机,便可大大提高燃料能源效率、减少污染。另外,还可将太阳能等可再生能源转换成化学能储存,然后通过燃料电池再转换成电能。因此,氢燃料电池是未来电动汽车、电动船舶的理想电源,己用于航天飞船做电源。

[太阳能-氢能系统所谓太阳能-氢能系统,即是太阳能-电能-氢能-电能的转换过程。把氢作为季节性储能介质,夏季阳光充足时,光发电送入电解装置供电解水制氢并储存氢气,将太阳能转换成氢的化学能;冬季通过燃料电池将氢转换成电能。其技术要点在于开发利用太阳能的光伏阵列与电解装置的最佳配合,即电解装置的电压和电流匹配到光伏阵列的最大功率处,使产氢量达到最高。

氢能源前景广泛,值得更多的人去研究。

现阶段,氢能源领域,在规模化应用方面走在前面的应该是大型的氢气加气站,在一些沿海经济发达城市已经投入应用,使用效果得到验证之后将得到大范围的推广。

而规模化生产,在工业生产加工中大批量投入运行的是氢能源设备,氢气发生器,氢氧发生器,氢氧水焊机 http://www.21jindian.com  等,市场反应效果良好,但产品有待进一步完善。

来源:今典氢氧设备制造厂-市场部  发布时间:2012-8-3 17:23:24  浏览次数:2569  【关闭窗口】
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