閱讀材料：各種制氫方法及特點簡介

1、各種制氫方法及特點簡介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(zhì)加以轉(zhuǎn)化 后方能得到氫氣。最豐富的含氫物質(zhì)是水（,其次就是各種礦物燃料（煤、石油、天然氣）及各種生物質(zhì)等。因此要開發(fā)利 用這種理想的清潔能源，必需首先開發(fā)氫源，即研究開發(fā)各種制 氫的方法。從長遠看以水為原料制取氫氣是最有前途的方法，原料取之不盡，而且氫燃燒放出能量后又生成產(chǎn)物水，不造成環(huán)境污染。各種礦物燃料制氫是目前制氫的最主要方法，但其儲量有限，且制氫過程會對環(huán)境造成污染。其它各類含氫物質(zhì)轉(zhuǎn)化制氫 的方法目前尚處次要地位， 有的正在研究開發(fā)，但隨著氫能應用 范圍的擴大，

2、對氫源要求不斷增加，也不失為一種提供氫源的方 法。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7585%,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。目前水電解的工藝、設備均 在不斷的改進：對電解反應器電極材料的改進，以往電解質(zhì)一般采用強堿性電解液，近年開發(fā)采用固體高分子離子交換膜為電解質(zhì)，且此種隔膜又起到電解池陰陽極的隔膜作用；在電解工藝上采用高溫高壓參數(shù)以利反應進行等。但水電解制氫能耗仍高， 一般每立方米氫氣電耗為左右。 電能可

3、由各種一次能源提供， 其 中包括礦物燃料、核能、太陽能、水能、風能及海洋能等等，核 能、水能和海洋能具資源豐富，能長期利用。我國水力資源豐富， 利用水力發(fā)電，電解水制氫有其發(fā)展前景。太陽能取之不盡，其 中利用光電制氫的方法即稱為太陽能氫能系統(tǒng)，國外已進行實驗性研究。隨著太陽電池轉(zhuǎn)換能量效率的提高、 成本的降低及使用 壽命的延長，其用于制氫的前景不可估量。同時，太陽能、風能 及海洋能等也可通過電解制得氫氣并用氫作為中間載能體來調(diào) 節(jié)、貯存轉(zhuǎn)化能量，使得對用戶的能量供應更為靈活方便。供電 系統(tǒng)在低谷時富余電能也可用于電解水制氫，達到儲能的目的。我國各種規(guī)模的水電解制氫裝置數(shù)以百計， 但均為小型電解

4、制氫 設備，其目的均為制得氫氣作原料而非作為能源。 對電解反應中 電極過程、電極材料等方面課題南開大學、首都師范大學等單位 均曾開展研究，隨著氫能應用的逐步擴大， 水電解制氫方法必將 得到發(fā)展。以水為原料的熱化學循環(huán)分解水制氫方法，避免了水直 接熱分解所需的高溫（4000K以上），且可降低電耗，受人們的 重視該方法是在水反應系統(tǒng)中加入一中間物，經(jīng)歷不同的反應階段，最終將水分解為氫和氧，中間物不消耗，各階段反應溫度均較低。如美國通用原子能公司（GA公司）提出的硫一碘熱化學制氫循環(huán)：近年已先后研究開發(fā)了 20多種熱化學循環(huán)法，有的已 進入中試階段，我國在該領域基本屬空白，應積極趕上。光化學制氫是以

5、水為原料，光催化分解制取氫氣的方 法。光催化過程是指含有催化劑的反應體系，在光照下由于有催化劑存在，促使水解制得氫氣。在70年代開始國外有研究報道， 我國中科院感光所等單位也開展了研究。該方法具有開發(fā)前景， 但目前尚處于基礎研究階段。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取氫氣最 主要的方法。制得氫氣主要作為化工原料，如生產(chǎn)合成氨、合成 甲醇等。有時某些含氫氣體產(chǎn)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(yè)生產(chǎn)裝置。（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

6、兩種：一是煤的焦化（或稱高溫干儲），二是煤的氣化。焦化是指煤在隔絕空氣 條件下，在900-1000C制取焦炭，副產(chǎn)品為焦爐煤氣。焦爐煤 氣組成中含氫氣55-60% （體積）、甲烷23-27%、一氧化碳6-8 % 等。每噸煤可得煤氣300 350nt可作為城市煤氣，亦是制取氫氣的原料。煤的氣化是指煤在高溫常壓或加壓下，與氣化劑反 應轉(zhuǎn)化成氣體產(chǎn)物。氣化劑為水蒸汽或氧氣（空氣），氣體產(chǎn)物中含有氫氣等組份，其含量隨不同氣化方法而異。 氣化的目的是 制取化工原料或城市煤氣。大型工業(yè)煤氣化爐如魯奇爐是一種固 定床式氣化爐，所制得煤氣組成為氫 37-39 % （體積）、一氧化 碳17-18%、二氧化碳32

7、%、甲烷8-10%。我國擁有大型魯奇 爐，每臺爐產(chǎn)氣量可達100000n3/h ,另一種新型爐型為氣流床煤 氣化爐，稱德士古煤氣化爐，用水煤漿為原料，我國在 60年代 就開始研究開發(fā)，目前已建有工業(yè)生產(chǎn)裝置生產(chǎn)合成氨、合成甲醇原料氣，其煤氣組成為氫氣 35-36% （體積）、一氧化碳 44-51%、二氧化碳13-18%、甲烷。甲烷含量低為其特點。我國有大批中小型合成氨廠， 均以煤為原料，氣化后制得含氫煤 氣作為合成氨的原料。這是一種具有我國特點的取得氫源方法。采用OGI固定床式氣化爐，可間歇操作生產(chǎn)制得水煤氣。該裝置 投資小，操作容易，其氣體產(chǎn)物組成主要是氫及一氧化碳，其中 氫氣可達60%以上

8、，經(jīng)轉(zhuǎn)化后可制得純氫。采用煤氣化制氫方 法，其設備費占投資主要部分。 煤地下氣化方法近數(shù)十年已為人 們所重視。地下氣化技術(shù)具有煤資源利用率高及減少或避免地表 環(huán)境破壞等優(yōu)點。中國礦業(yè)大學余力等開發(fā)并完善了 “長通道、 大斷面、兩階段地下煤氣化”生產(chǎn)水煤氣的新工藝， 煤氣中氫氣4含量達50%以上，在唐山劉莊礦已進行工業(yè)性試運轉(zhuǎn)，可日產(chǎn) 水煤氣5萬m3如再經(jīng)轉(zhuǎn)化及變壓吸附法提純可制得廉價氫氣，該法在我國具有一定開發(fā)前景。2)以天然氣或輕質(zhì)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(zhuǎn)化制得氫氣。主要發(fā)生下述反應：ChHO COHCOm COHCnH2n+2nH2OnCO(2n1) H反應在8

9、00 820c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(chǎn)成本主要取決于原料價格，我國輕質(zhì)油價 格高，制氣成本貴，采用受到限制。大多數(shù)大型合成氨合成甲醇 工廠均采用天然氣為原料， 催化水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫的工藝。 我國在 該領域進行了大量有成效的研究工作、并建有大批工業(yè)生產(chǎn)裝置。我國曾開發(fā)采用間歇式天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝， 制取小型 合成氨廠的原料，這種方法不必采用高溫合金轉(zhuǎn)化爐， 裝置投資 成本低。(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(chǎn)物。部

10、分重油燃燒提供轉(zhuǎn)化吸熱反應所需熱量及一定的反應溫度。氣體產(chǎn)物組 成：氫氣46% (體積)，一氧化碳46%,二氧化碳6%。該法生 產(chǎn)的氫氣產(chǎn)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。3生物質(zhì)制氫生物質(zhì)資源豐富，是重要的可再生能源。生物質(zhì)可通過 氣化和微生物制氫。(1)生物質(zhì)氣化制氫將生物質(zhì)原料如薪柴、鋸末、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。 我國在生物質(zhì)氣化技術(shù)領域的研究已取得一定成果，中科院廣州能源所多年來進行了生物質(zhì)氣化的研究， 其氣化產(chǎn)物中氫氣約占 10%左右，

11、熱值達11MJ/m3可作為農(nóng)村燃料，但氫含量仍較 低。在國外，由于轉(zhuǎn)化技術(shù)的提高，生物質(zhì)氣化已能大規(guī)模生產(chǎn) 水煤氣，其氫氣含量大大提高。(2)微生物制氫微生物制氫技術(shù)亦受人們的關注。利用微生物在常溫常 壓下進行酶催化反應可制得氫氣。生物質(zhì)產(chǎn)氫主要有化能營養(yǎng)微 生物產(chǎn)氫和光合微生物產(chǎn)氫兩種。 屬于化能營養(yǎng)微生物的是各種發(fā)酯類型的一些嚴格厭氧菌和兼性厭氧菌）發(fā)酯微生物放氫的原始基質(zhì)是各種碳水化合物、 蛋白質(zhì)等。目前已有利用碳水化合物 發(fā)酪制氫的專利，并利用所產(chǎn)生的氫氣作為發(fā)電的能源。光合微 生物如微型藻類和光合作用細菌的產(chǎn)氫過程與光合作用相聯(lián)系， 稱光合產(chǎn)氫。90年代初中科院微生物所、浙江農(nóng)業(yè)大學

12、等單位 曾進行“產(chǎn)氫紫色非硫光合細菌的分離與篩選研究”及“固定化光合細菌處理廢水過程產(chǎn)氫研究”等，取得一定結(jié)果。在國外已設計了一種應用光合作用細菌產(chǎn)氫的優(yōu)化生物反應器，具規(guī)模將達日產(chǎn)氫2800n3o該法采用各種工業(yè)和生活有機廢水及農(nóng)副產(chǎn) 品的廢料為基質(zhì)，進行光合細菌連續(xù)培養(yǎng)，在產(chǎn)氫的同時可凈化 廢水并獲單細胞蛋白，一舉三得，很有發(fā)展前途。4其它合氫物質(zhì)制氫國外曾研究從硫化氫中制取氫氣。我國有豐富的HS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(shù)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(tǒng)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 “