当代能源化学-氢能.pptx

当代能源化学当代能源化学当代能源化学3氢能氢能当代能源化学?氢能经济的背景：? 大气中二氧化碳逐年增加，地球不断变暖，生态环境恶化，自然灾害频发，造成的损失逐年增加。? 化石能源储量有限，消耗加快。? 能源结构单一，过渡依赖化石能源。? 经济增长、环境保护和社会发展的压力。?氢：储量大，分布广，清洁无污染氢能当代能源化学氢能经济构想氢能当代能源化学?氢能技术的难点：如何实现大规模地廉价制氢？如何经济、合理、安全地储存和输送氢？如何高效率、低成本地利用氢？氢能当代能源化学氢能当代能源化学制氢技术化石燃料制氢—目前主要的制氢方法 成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决 生物质为原料制氢 光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题 水分解制氢 利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而，太阳能的收集、 高品质热能和电能的产生方法，都是首先要解决的问题。成本 等问题???当代能源化学全球年产氢：5000亿m3化石燃料制氢占96%氢能当代能源化学煤为原料制氢:煤的气化氢能当代能源化学煤为原料制氢 CO + H2O → CO2 + H2氢能当代能源化学天然气制氢：甲烷蒸气重整? 利用有机物高温下与水的反应， 不仅自身脱氢，同时将水中的氢 解放出来。? 此法也适于生物质制氢。氢能当代能源化学天然气制氢：热解碳黑CH4 → C + 2H2H2CH4裂 解 炉将天然气火焰在裂解炉加热到1400℃，关闭裂解炉使天然气发生裂解反应，产生氢气和碳黑。氢能当代能源化学天然气制氢：部分氧化? 甲烷部分氧化制氢：2CH4+ O2 = 2CO + 4H2? 水－气转化反应：CO + H2O = CO2 + H2氢能当代能源化学电解水制氢? 电解水制氢目前主要包括三种方法，分别是碱性水溶液电解、固 体聚合物电解质水电解和高温水蒸气电解。? 具有产品纯度高、操作简便、无污染、可循环利用等优点。? 但该法所制氢气仅占全球氢气总产量的1~4%。当代能源化学 碱性水溶液电解 2OH-? H2O ＋ ?O2+2e电解水制氢2H2O+2e ?2OH- + H2采用Ni或Ni合金电极，效率~75％氢能当代能源化学氢能当代能源化学?氢气的储存是其应用的前提，储氢技术和材料已称为全球关注的科技和产业的焦点之一。? 美国在全部氢能技术研究中，有50%的经费用于储氢技术。? 日本将储氢材料的研究列入1993~2020年的“新阳光计划”。? 我国也将储氢材料及应用工程技术的研究列入“九五”“十五” “863” “973”规划，其中以浙江大学、南开大学、有色金属研究总院等研究院所在该领域的研究较为突出，取得了可喜的成果。 氢能当代能源化学 无机化合物 有机液体 金属氢化物 液氢 高压氢气金属-有机骨架材料 活性炭 新型碳材料化学方法物理方法储氢方法氢能当代能源化学化学方法：无机化合物氢能当代能源化学?储氢机制：利用某些无机化合物能和氢气发生化学反应可以储氢，然后在一定条件下又可分解释放出氢气。?优缺点：优点：原料易得、储存方便、安全性好。缺点：储氢量较小，催化剂价格较高。氢能当代能源化学以活性炭作载体，在Pd或PdO的催化作用下，以KHCO3或NaHCO3作为储氢剂，其储氢量约为2 wt%氢能当代能源化学化学方法：有机液体氢能当代能源化学?储氢机制：借助储氢载体（如苯和甲苯等）与氢的可逆反应来实现的，包括催化加氢反应与催化脱氢反应。?优缺点：优点：储氢量大、储氢载体苯与甲苯可循环使用、储存和运输安全方便。缺点：催化加氢与催化脱氢装置的投资费用大等氢能当代能源化学思考并计算：苯和甲苯的储氢产物及其理论储氢量（按储氢产物来计算）。氢能当代能源化学储氢产物：环己烷和甲基环己烷理论储氢量：7 7.1 1 wt%和6 6.1 1 wt%氢能当代能源化学化学方法：金属氢化物氢能当代能源化学?储氢机制：氢可以与许多金属或合金反应生成金属氢化物，在一定条件下，氢原子易进入金属晶格的四面体或八面体间隙中，形成金属氢化物，实现储氢目的，当金属氢化物受热时，又可释放出氢气。氢能当代能源化学?储氢合金：由一类吸氢元素或与氢有很强亲和 力的元素A和另一类吸氢量小或根本不吸氢的元 素B共同组成。? A金属容易与氢反应，大量吸氢并放热，形成稳定氢化物。主要 是IA-VB族金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、RE（稀土金属）等。? B金属与氢的亲和力小，如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al等，氢很容易在其中移动（吸热性金属）。?A控制储氢量，是组成储氢合金的关键元素； B控制着吸放氢的可逆性，起调节生成热和分解压力的作用。氢能当代能源化学?储氢合金的吸放氢过程：(1) 先吸收少量氢，形成含氢固溶体—MHx(α相)，合金结构保持不变。(2) 固溶体进一步与氢反应，产生相变(结构改变)，生成氢化物相—MHy(β相)。(3) 继续提