氢气储存和运输 课件 第4章 富氢液态化合物储运氢.pptx

;液氨;除高压气态储氢和低温液态储氢外，富氢液态化合物也可以作为一类化学储氢载体。其中，含有苯环的芳香化合物等可逆储氢分子的储氢质量密度在5 wt%~7.6 wt%之间，体积密度约45~85 g/L。液氨（NH3）和甲醇（CH3OH）等常见富氢化合物由于可以催化裂解完全释放分子内的氢，其单位质量储氢密度显著大于芳香化合物。例如，NH3发生直接脱氢反应，其理论储氢质量百分比可达17.6 wt%，甲醇直接脱氢理论储氢率约为12.5 wt%。由于合成原料N2或CO2从空气中来，用完又会释放到空气中去，液氨和甲醇被称为循环储氢载体（Circular Hydrogen Carrier，CHC）。需要特别指出的是，甲醇可通过与水蒸气重整，来额外释放水中的氢分子，从而使甲醇单位质量的储氢密度突破理论上限达到18.75 wt%（图 41）。基于水蒸气重组反应，乙醇、二甲醚等C-C双碳分子如能完全重整制氢，则可使其储氢质量密度提高至26 wt%。;富氢液态化合物储氢技术的 单位质量储氢和体积储氢密度比较图;富 氢 液 态 化 合 物 储 运 氢;;有 机 液 体;有 机 液 体;有 机 液 体;有 机 液 体;有 机 液 体;有 机 液 体;有 机 液 体;有 机 液 体;有 机 液 体;有 机 液 体;有 机 液 体;有 机 液 体;有 机 液 体;;液 氢;利用氨气作为化学储氢媒介的“氢经济”被命名为“氨经济”，氢与氮气在催化剂作用下合成氨，以液氨形式储运，液氨在催化作用下分解放氢应用。;借助氨燃料的补给方便、液体运输设施成熟、成本低、无碳排放等优点，结合燃料电池发电效率高、能量密度高等优点，通过电解水和氮还原过程可以实现无碳氨燃料电池的高效循环发电应用[20]。但是，由于氨会破坏Nafion?质子交换膜而本身不能直接用于质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）[21]。因此，氨作为储氢技术在用于燃料电池前，需要实现高效的氨分解产氢和高纯度的氢分离。 实现整个“氨经济”循环利用需要解决： （1）低温（80~150 ℃）高效的氨分解制氢和氢纯化技术，以整合集成应用到燃料电池和直接燃烧应用； （2）高效的绿色合成氨催化技术，将空气中的氮气和水结合起来直接合成液氨，以避免电解水产氢储存和氢化合成氨转化能耗问题。 另外，合成氨储氢与氨分解制氢的设备与终端产业设备仍有待集成。;4.2.2 液氨合成与裂解工艺 （1）液氨合成工艺 目前主要的合成氨技术包括：哈伯法合成氨技术（Haber-Bosch process）、化学链合成氨技术（Chemical looping ammonia synthesis，CLAS）、电化学合成氨技术（Electrochemical ammonia synthesis，ECAS）、等离子体合成氨技术（Plasma ammonia synthesis，PAS）和光化学合成氨技术（Photochemical synthesis of ammonia，PCSA）[22]。;哈伯法合成氨技术（Haber-Bosch process）是由德国的弗里茨·哈伯（Fritz Haber）和卡尔·博施（Carl Bosch）开发。自1905年发明以来，哈伯法仍然是合成氨最常用的方法。;化学链技术常被用于碳原料转化成化学品或能量的过程中，具有高的能量效率、产物选择性和分离性能。将化学链技术和合成氨技术整合，可以实现化学链合成氨技术。;化学链合成氨技术，具体有三种模式[27]。前面两种化学链合成氨技术都是基于金属固氮反应（金属还原氮气）。;电化学合成氨技术（ electrochemical ammonia synthesis， ECAS） 是另一个具有广泛应用 前景的合成绿氨路线， 具有以下优点：;电化学合成氨也存在一些问题： 总体来说，考虑到使用阴离子交换膜（anion exchange membrane，AEM）电化学合成氨和直接氨燃料电池，碱性电解质更适合电化学氮循环。鉴于质子交换膜（Proton Exchange Membrane，PEM）的广泛性以及酸性电解质的高氨吸附选择性（vs. N2H2），酸性电解质也常用来电化学合成氨。但是，析氢反应（HER）在酸性电解质中比碱性电解质中更显著，而碱性电解质中可使用水作为质子源和无贵金属阳极进行析氧反应（Oxygen evolution reaction，OER），并抑制析氢反应。使用水分子作为氢来源可以避免使用氢气带来的产氢、储运氢等问题。[28];电化学合成氨技术示意图;（2）液氨裂解工艺 近年来，氨分解制氢用于氢气储存和运输被广泛关注。该反应是合成氨的逆反应，吸热反应，平衡转化率受热力学控制。在450 ℃下，尽管氨分解平衡转化率