制氫技術(shù)與工藝 課件 第1章 緒論

2024年制氫技術(shù)與工藝

緒論純氫、高純氫和超純氫氫的物化特性01工業(yè)氫標(biāo)準(zhǔn)0203低碳?xì)?、清潔氫與可再生氫04制氫方法05目錄CONTENTS氫的利用方式0607氫對(duì)構(gòu)建清潔能源體系的作用和意義01氫的物化特性氫的物化特性氫位于周期表中諸元素的第一位，原子序數(shù)為1，原子量為1.008。氫通常的單質(zhì)形態(tài)是氫氣，分子量為2.016。常溫常壓下，氫是一種極易燃燒的氣體，無(wú)色無(wú)味。標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的密度只有空氣的1/14，為0.089g/L(最輕的氣體)，極難溶于水，也很難液化，在-252.77C時(shí)變成無(wú)色液體，在-259.2C時(shí)變?yōu)檠┗罟腆w。自然界中氫主要以化合狀態(tài)存在于水和碳?xì)?烴類(lèi))化合物中，氫在地殼中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%。氫氣具有高揮發(fā)性、高能量，是能源載體和燃料。由于H-H鍵鍵能大，在常溫下氫氣比較穩(wěn)定。除氫與氯可在光照條件下化合，及氫與氟在冷暗處化合之外，其余反應(yīng)均在較高溫度下才能進(jìn)行。氫氣瓶?jī)?chǔ)存氫的物化特性純凈的氫能在空氣里安靜地燃燒，產(chǎn)生幾乎無(wú)色的火焰，并有水滴生成。如果氫氣中混有空氣(或氧氣)，由于氧與氧的混合分子彼此均勻擴(kuò)散，若遇到火種，在極短的時(shí)間內(nèi)迅速完成化合反應(yīng)，同時(shí)放出大量的熱。氣體(生成的水蒸氣)體積在一個(gè)受限制的空間內(nèi)急劇膨脹而發(fā)生爆炸。在常溫常壓情況下，氫氣在空氣中的爆炸范圍為4.1%~74.2%(體積分?jǐn)?shù))，在氧氣中為4.65%~93.9%(體積分?jǐn)?shù))。為了保障安全，通常向氫氣中加人有臭味的乙硫醇，以便在發(fā)生泄漏時(shí)易于使人嗅到，燃燒時(shí)也有顏色便于察覺(jué)。氫氣充裝站02工業(yè)氫標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)氫標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)GB/T3634.1-2006《氫氣第1部分:工業(yè)氫》，工業(yè)氫的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表1-1的要求。03純氫、高純氫和超純氫純氫、高純氫和超純氫根據(jù)GB/T3634.2-2011《氫氣第2部分:純氫、高純氫和超純氫》。純氫、高純氫和超純氫的技術(shù)要求應(yīng)符合表1-2的規(guī)定。04低碳?xì)?、清潔氫與可再生氫低碳?xì)?、清潔氫與可再生氫行業(yè)內(nèi)，通常根據(jù)制氫過(guò)程的碳排放量將氫氣分為低碳?xì)洹⑶鍧崥?、可再生氫三種類(lèi)型，其中，采用風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等非化石能源制得的氫被稱(chēng)為可再生氫。2020年12月，由中國(guó)氫能聯(lián)盟提出的《低碳?xì)洹⑶鍧崥浼翱稍偕鷼錁?biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)》明確指出了在單位氫氣碳排放量方面低碳?xì)?、清潔氫和可再生氫的具體闕值，見(jiàn)表1-3。05制氫方法

制氫方法氫氣化學(xué)性質(zhì)活潑，在自然界中沒(méi)有單質(zhì)形態(tài)存在。制氫方法根據(jù)不同分類(lèi)原則，主要可分為熱化學(xué)法、工業(yè)含氫副產(chǎn)氣提純及電解水等(圖1-3)。按照制氫消耗的一次能源劃分，氫氣來(lái)源包括化石燃料制氫、可再生能源制氫及其他清潔能源制氫等?；剂现茪浒褐茪洹⑤p烴(天然氣等)蒸氣轉(zhuǎn)化制氫、石腦油或渣油轉(zhuǎn)化制氫、甲醇轉(zhuǎn)化制氫等:可再生能源制氫包括風(fēng)電制氫、水電制氫、太陽(yáng)能制氫等:其他清潔能源制氫包括核能制氫、生物質(zhì)制氫等。06氫的利用方式氫燃料電池與燃?xì)浣煌üぞ?.氫燃料電池汽車(chē)燃料電池是能源轉(zhuǎn)換裝置，氫氣與氧氣在催化劑作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成電能和水，環(huán)保性能突出。同時(shí)，燃料電池系統(tǒng)工作溫度溫和(80°C左右)、噪聲低、動(dòng)力輸出穩(wěn)定。氫燃料電池車(chē)的氫氣加注過(guò)程快速便捷，燃料補(bǔ)充時(shí)間與燃油車(chē)相當(dāng)，專(zhuān)用的加氧設(shè)備僅需3min即可充滿氫原料，相對(duì)于純電動(dòng)車(chē)超長(zhǎng)的充電等待時(shí)間而言其優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)氫燃料電池電堆氫燃料電池與燃?xì)浣煌üぞ?.氫內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家的許多汽車(chē)公司為了降低尾氣帶來(lái)的碳排放，開(kāi)發(fā)了氫氣內(nèi)燃機(jī)，采用氫氣替代汽油作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，研究證明技術(shù)是可行的，但需要解決廉價(jià)氫氣的來(lái)源問(wèn)題。氫是一種高效燃料，每千克氫燃燒所產(chǎn)生的能量為33.6kw·h，幾乎等于司質(zhì)量汽油燃燒的2.8倍。氫氣燃燒不僅熱值高，而且火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，點(diǎn)火能量低(容易點(diǎn)著)，所以氫能汽車(chē)比汽油汽車(chē)總的燃料利用效率高20%。氫內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程與車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng)的儲(chǔ)量成正相關(guān)性。燃?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)家庭用氫隨著燃料電池、摻氫/純氫利用技術(shù)及裝備發(fā)展日趨成熟，氫氣作為能源可能進(jìn)人到千家萬(wàn)戶。例如，日本已經(jīng)成功推廣50多萬(wàn)套家庭用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)，其中部分采用質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)，利用光伏或者風(fēng)電制取的氫氣作為能源:歐洲正積極推動(dòng)可再生能源制氫后摻入天然氣管道，被送往千家萬(wàn)戶，然后分別接通廚房灶具、浴室氫氣冰箱、空調(diào)機(jī)等，實(shí)現(xiàn)“氫能進(jìn)萬(wàn)家”。燃?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)載儲(chǔ)氫瓶07氫對(duì)構(gòu)建清潔能源體系的作用和意義氫對(duì)構(gòu)建清潔能源體系的作用和意義

我國(guó)高度重視節(jié)能減排，積極參與全球應(yīng)對(duì)氣候變化工作。早在2005年，我國(guó)就提出了一系列節(jié)能減排的政策，在2020年9月份召開(kāi)的第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上，我國(guó)向全世界承諾力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，2030年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO.排放將比2005年下降60%~65%，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的宏遠(yuǎn)目標(biāo)。近兩年來(lái)，我國(guó)連續(xù)密集出臺(tái)了一系列的政策和文件，充分體現(xiàn)了中國(guó)政府在推動(dòng)碳中和事業(yè)上