氫的制備與儲存技術氫的制備與儲存技術1一、氫的制備一、氫的制備2氫能是一種二次能源，在人類生存的地球上，雖然氫是最豐富的元素，但自然氫的存在極少。因此必需將含氫物質力UI后方能得到氫氣。最豐富的含氫物質是水（H2O），其次就是各種礦物燃料（煤、石油、天然氣）及各種生物質等。因此要開發利用這種理想的清潔能源，必需首先開發氫源，即研究開發各種制氫的方法。

氫能是一種二次能源，在人類生存的地球上，雖然氫是最豐31.電解水制氫

水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的逆過程，因此只要提供一定形式一定的能量，則可使水分解。提供電能使水分解制得氫氣的效率一般在75～85％，其工藝過程簡單，無污染，但消耗電量大，因此其應用受到一定的限制。

氧氫分離機1.電解水制氫

水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之42.礦物燃料制氫

以煤、石油及天然氣為原料制取氫氣是當今制取氫氣最主要的方法。制得氫氣主要作為化工原料，如生產合成氨、合成甲醇等。有時某些含氫氣體產物亦作為氣體燃料供城市煤氣。用礦物燃料制氫的方法包括含氫氣體的制造、氣體中CO組份變換反應及氫氣提純等步驟。該方法在我國都具有成熟的工藝，并建有工業生產裝置。

2.礦物燃料制氫

以煤、石油及天然氣為原料制取氫氣是當今制5（1）以煤為原料制取氫氣

以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種：一是煤的焦化（或稱高溫干餾），二是煤的氣化。焦化是指煤在隔絕空氣條件下，在900-1000°C制取焦碳，副產品為焦爐煤氣。煤的氣化是指煤在高溫常壓或加壓下，與氣化劑反應轉化成氣體產物。

煤制氫工廠（1）以煤為原料制取氫氣

以煤為原料制取含氫氣體的方6（2）以天然氣或輕質油為原料制取氫氣

該法是在有催化劑存在下與水蒸汽反應轉化制得氫氣。主要發生下述反應：

CH4+H20→CO+H2

CO+H20→C02+H2

CnH2n＋2+nH20→nCO+（2n+1）H2

（2）以天然氣或輕質油為原料制取氫氣

該法是在有催7反應在800一820°C下進行。從上述反應可知，也有部分氫氣來自水蒸汽。用該法制得的氣體組成中，氫氣含量可達74％（體積）。其生產成本主要取決于原料價格，我國輕質油價格高，制氣成本貴，采用受到限制。反應在800一820°C下進行。從上述反應可知，也有部分氫氣8（3）以重油為原料部份氧化法制取氫氣

重油原料包括有常壓、減壓渣油及石油深度加工后的燃料油。重油與水蒸汽及氧氣反應制得含氫氣體產物。該法生產的氫氣產物成本中，原料費約占三分之一，而重油價格較低，故為人們重視。

我國建有大型重油部份氧化法制氫裝置，用于制取合成氨的原料。

氫氣氨分解爐（3）以重油為原料部份氧化法制取氫氣

重油原料包括有93.生物質制氫

生物質資源豐富，是重要的可再生能源。生物質可通過氣化和微生物制氫。

3.生物質制氫

生物質資源豐富，是重要的可再生能源。10（1）生物質氣化制氫

將生物質原料如薪柴、鋸未、麥秸、稻草等壓制成型，在氣化爐（或裂解爐）中進行氣化或裂解反應可制得含氫燃料氣。

（1）生物質氣化制氫

將生物質原料如薪柴、鋸未、麥秸11（2）微生物制氫

利用微生物在常溫常壓下進行酶催化反應可制得氫氣。（2）微生物制氫利用微生物在常溫常壓下進行酶催化反應124.其它含氫物質制氫

國外曾研究從硫化氫中制取氫氣。我國有豐富的H25資源，如河北省趙蘭莊油氣田開采的天然氣中H多含量高達90％以上，其儲量達數千萬噸，是一種寶貴資源，從硫化氫中制取氫有各種方法，我國在90年代開展了多方面的研究，如石油大學進行了"間接電解法雙反應系統制取氫氣與硫磺的研究取得進展，正進行擴大試驗。中科院感光所等單位進行了"多相光催化分解硫化氫的研究"及"微波等離子體分解硫化氫制氫的研究"等。各種研究結果將為今后充分合理利用寶貴資源、提供清潔能源及化工原料奠定基礎。

4.其它含氫物質制氫國外曾研究從硫化氫中制取氫氣。135.各種化工過程副產氫氣的回收

多種化工過程如電解食鹽制堿工業、發酵制酒工藝、合成氨化肥工業、石油煉制工業等均有大量副產氫氣，如能采取適當的措施進行氫氣的分離回收，每年可得到數億立方米的氫氣。這是一項不容忽視的資源，應設法加以回收利用。

氫回收工廠5.各種化工過程副產氫氣的回收多種化工過程如電解食鹽14二、氫的儲存二、氫的儲存15氫可以氣態、液態和固態3種方式進行儲存。

1、氣態方式較為簡單方便，也是目前儲存壓力低于17MPa氫氣的常用方法，但體積密度較小是該方法最嚴重的技術缺陷，另外氣態氫在運輸和使用過程中也存在安全隱患。氫儲存裝置氫可以氣態、液態和固態3種方式進行儲存。1、氣態方式較為簡162、液態儲氫方法的體積密度(70kg／m3)高，但氫氣的液化需要冷卻到20K的超低溫下才能實現，此過程消耗的能量約占所儲存氫能的25％～45％。液態氫不僅儲存成本高，而且使用條件苛刻，目前只限于在航天技術領域應用。氫儲存裝置2、液態儲氫方法的體積密度(70kg／m3)高，但氫氣的液化173、而利用吸氫材料與氫氣反應生成固溶體和氫化物的固體儲氫方式，能有效克服氣、液兩種儲存方式的不足，而且儲氫體積密度大、安全度高、運輸方便、操作容易，特別適合于對體積要求較嚴格的場合，如在燃料電池汽車上的使用。

3、而利用吸氫材料與氫氣反應生成固溶體和氫化物的固體儲氫方式18目前，有希望達到或接近該要求的材料有3大系列：

a．鎂基合金材料；

b．碳基材料；

c．絡合物儲氫材料。

目前，有希望達到或接近該要求的材料有3大系列：

a．鎂基合金19a、鎂基儲氫材料

在鑭(稀土)系、鈦鐵系、鎂系及鋯(釩)系4大系列儲氫合金中，鎂系儲氫合金具有較高的儲氫容量，而且吸放氫平臺好、資源豐富、價格低廉，應用前景十分誘人。但其吸放氫速度較慢、氫化物穩定導致釋氫溫度過高、表面容易形成一層致密的氧化膜等缺點，使其實用化進程受到限制。

氫電弧納米稀土金屬

a、鎂基儲氫材料在鑭(稀土)系、鈦鐵系、鎂系及鋯(釩20b、碳基儲氫材料

目前，碳系儲氫載體主要有納米碳管、納米碳纖維、活性炭和石墨等。納米碳管和納米碳纖維之所以成為比較熱門的儲氫材料，是因為它們的儲氫量較大，一般可以達到10％，有的甚至達到60％以上。另外，其質量相對較輕，便于攜帶。制備納米碳管和納米碳纖維的方法有很多，但對設備要求嚴格，而且要消耗大量的能量，這也是目前碳系儲氫材料不能推廣應用的原因之一。b、碳基儲氫材料目前，碳系儲氫載體主要有納米碳管、納21c、絡合物儲氫材料

一般情況下，NaAlH4在加熱到200℃以上時會相繼發生如下的分解反應，即

式中，k1、k2為反應常數。以NaAlH4的起始質量為標準，可以計算出反應式1和式2共放出5．6％的氫。如能降低其反應溫度，并在較為溫和的條件下實現反應的可逆化，NaAlH4將是一種很好的儲氫材料[1]。

c、絡合物儲氫材料一般情況下，NaAlH4在加熱到200℃22儲氫材料的展望

a．制備新型的復合儲氫材料。因為每一種儲氫材料都有優缺點，且大部分儲氫材料的性能都有加合的特點，而單一的儲氫材料的性質也較多地為人們所認識。所以，復合儲氫材料是未來儲氫材料制備的一個走向儲氫材料的展望a．制備新型的復合儲氫材料。因為每一種儲氫材23B.在現有研究基礎上，開發和設計新型的儲氫材料，如正在研究中的絡合物儲氫材料。也許這一思路更有希望在技術上取得突破，并最終達到儲氫材料實用化的目標。電池組及高壓貯氫罐B.在現有研究基礎上，開發和設計新型的儲氫材料，如正在研究中24三、尾聲三、尾聲25隨著石油資源的日漸匱乏和生態環境的不斷惡化，氫能被公認為人類未來的理想能源。可以預見，未來世界將從以碳為基礎的能源經濟形態轉變為以氫為基礎的能源經濟形態。隨著石油資源的日漸匱乏和生態環境的不斷惡26謝謝謝謝27氫的制備與儲存技術氫的制備與儲存技術28一、氫的制備一、氫的制備29氫能是一種二次能源，在人類生存的地球上，雖然氫是最豐富的元素，但自然氫的存在極少。因此必需將含氫物質力UI后方能得到氫氣。最豐富的含氫物質是水（H2O），其次就是各種礦物燃料（煤、石油、天然氣）及各種生物質等。因此要開發利用這種理想的清潔能源，必需首先開發氫源，即研究開發各種制氫的方法。

氫能是一種二次能源，在人類生存的地球上，雖然氫是最豐301.電解水制氫

水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的逆過程，因此只要提供一定形式一定的能量，則可使水分解。提供電能使水分解制得氫氣的效率一般在75～85％，其工藝過程簡單，無污染，但消耗電量大，因此其應用受到一定的限制。

氧氫分離機1.電解水制氫

水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之312.礦物燃料制氫

以煤、石油及天然氣為原料制取氫氣是當今制取氫氣最主要的方法。制得氫氣主要作為化工原料，如生產合成氨、合成甲醇等。有時某些含氫氣體產物亦作為氣體燃料供城市煤氣。用礦物燃料制氫的方法包括含氫氣體的制造、氣體中CO組份變換反應及氫氣提純等步驟。該方法在我國都具有成熟的工藝，并建有工業生產裝置。

2.礦物燃料制氫

以煤、石油及天然氣為原料制取氫氣是當今制32（1）以煤為原料制取氫氣

以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種：一是煤的焦化（或稱高溫干餾），二是煤的氣化。焦化是指煤在隔絕空氣條件下，在900-1000°C制取焦碳，副產品為焦爐煤氣。煤的氣化是指煤在高溫常壓或加壓下，與氣化劑反應轉化成氣體產物。

煤制氫工廠（1）以煤為原料制取氫氣

以煤為原料制取含氫氣體的方33（2）以天然氣或輕質油為原料制取氫氣

該法是在有催化劑存在下與水蒸汽反應轉化制得氫氣。主要發生下述反應：

CH4+H20→CO+H2

CO+H20→C02+H2

CnH2n＋2+nH20→nCO+（2n+1）H2

（2）以天然氣或輕質油為原料制取氫氣

該法是在有催34反應在800一820°C下進行。從上述反應可知，也有部分氫氣來自水蒸汽。用該法制得的氣體組成中，氫氣含量可達74％（體積）。其生產成本主要取決于原料價格，我國輕質油價格高，制氣成本貴，采用受到限制。反應在800一820°C下進行。從上述反應可知，也有部分氫氣35（3）以重油為原料部份氧化法制取氫氣

重油原料包括有常壓、減壓渣油及石油深度加工后的燃料油。重油與水蒸汽及氧氣反應制得含氫氣體產物。該法生產的氫氣產物成本中，原料費約占三分之一，而重油價格較低，故為人們重視。

我國建有大型重油部份氧化法制氫裝置，用于制取合成氨的原料。

氫氣氨分解爐（3）以重油為原料部份氧化法制取氫氣

重油原料包括有363.生物質制氫

生物質資源豐富，是重要的可再生能源。生物質可通過氣化和微生物制氫。

3.生物質制氫

生物質資源豐富，是重要的可再生能源。37（1）生物質氣化制氫

將生物質原料如薪柴、鋸未、麥秸、稻草等壓制成型，在氣化爐（或裂解爐）中進行氣化或裂解反應可制得含氫燃料氣。

（1）生物質氣化制氫

將生物質原料如薪柴、鋸未、麥秸38（2）微生物制氫

利用微生物在常溫常壓下進行酶催化反應可制得氫氣。（2）微生物制氫利用微生物在常溫常壓下進行酶催化反應394.其它含氫物質制氫

國外曾研究從硫化氫中制取氫氣。我國有豐富的H25資源，如河北省趙蘭莊油氣田開采的天然氣中H多含量高達90％以上，其儲量達數千萬噸，是一種寶貴資源，從硫化氫中制取氫有各種方法，我國在90年代開展了多方面的研究，如石油大學進行了"間接電解法雙反應系統制取氫氣與硫磺的研究取得進展，正進行擴大試驗。中科院感光所等單位進行了"多相光催化分解硫化氫的研究"及"微波等離子體分解硫化氫制氫的研究"等。各種研究結果將為今后充分合理利用寶貴資源、提供清潔能源及化工原料奠定基礎。

4.其它含氫物質制氫國外曾研究從硫化氫中制取氫氣。405.各種化工過程副產氫氣的回收

多種化工過程如電解食鹽制堿工業、發酵制酒工藝、合成氨化肥工業、石油煉制工業等均有大量副產氫氣，如能采取適當的措施進行氫氣的分離回收，每年可得到數億立方米的氫氣。這是一項不容忽視的資源，應設法加以回收利用。

氫回收工廠5.各種化工過程副產氫氣的回收多種化工過程如電解食鹽41二、氫的儲存二、氫的儲存42氫可以氣態、液態和固態3種方式進行儲存。

1、氣態方式較為簡單方便，也是目前儲存壓力低于17MPa氫氣的常用方法，但體積密度較小是該方法最嚴重的技術缺陷，另外氣態氫在運輸和使用過程中也存在安全隱患。氫儲存裝置氫可以氣態、液態和固態3種方式進行儲存。1、氣態方式較為簡432、液態儲氫方法的體積密度(70kg／m3)高，但氫氣的液化需要冷卻到20K的超低溫下才能實現，此過程消耗的能量約占所儲存氫能的25％～45％。液態氫不僅儲存成本高，而且使用條件苛刻，目前只限于在航天技術領域應用。氫儲存裝置2、液態儲氫方法的體積密度(70kg／m3)高，但氫氣的液化443、而利用吸氫材料與氫氣反應生成固溶體和氫化物的固體儲氫方式，能有效克服氣、液兩種儲存方式的不足，而且儲氫體積密度大、安全度高、運輸方便、操作容易，特別適合于對體積要求較嚴格的場合，如在燃料電池汽車上的使用。

3、而利用吸氫材料與氫氣反應生成固溶體和氫化物的固體儲氫方式45目前，有希望達到或接近該要求的材料有3大系列：

a．鎂基合金材料；

b．碳基材料；

c．絡合物儲氫材料。

目前，有希望達到或接近該要求的材料有3大系列：

a．鎂基合金46a、鎂基儲氫材料

在鑭(稀土)系、鈦鐵系、鎂系及鋯(釩)系4大系列儲氫合金中，鎂系儲氫合金具有較高的儲氫容量，而且吸放氫平臺好、資源豐富、價格低廉，應用前景十分誘人。但其吸放氫速度較慢、氫化物穩定導致釋氫溫度過高、表面容易形成一層致密的氧化膜等缺點，使其實用化進程受到限制。

氫電弧納米稀土金屬

a、鎂基儲氫材料在鑭(稀土)系、鈦鐵系、鎂系及鋯(釩47b、碳基儲氫材料

目前，碳系儲氫載體主要有納米碳管、納米碳纖維、活性炭和石墨等。納米碳管和納米碳纖維之所以成為比較熱門的儲氫材料，是因為它們的儲氫量較大，一般可以達到10％，有的甚至達到60％以上。另外，