電解水制氫工藝講解ppt

1、湖南大學電氣與信息工程學院制氫水電站準備報告，2012年3月5日，主要內(nèi)容，氫能工業(yè)應用簡介，工業(yè)制氫方法比較，氫能利用障礙，小水電建設中水電解制氫設備與技術，2012年3月5日，總結報告，氫能簡介，目前使用的能源，如石油、天然氣、煤炭等，均為不可再生資源。 地球上的存量是有限的。氫是一種新的二次能源，當傳統(tǒng)能源危機出現(xiàn)，新的二次能源開發(fā)出來時，人們會期待它。 2012年3月5日，總結報告，我簡要介紹一下氫能，在最輕元素的標準狀態(tài)下，最佳密度為0.8999g/l的氣體的導熱系數(shù)比大多數(shù)氣體高10倍。據(jù)估計，自然界中最常見的元素占宇宙質(zhì)量的75%。除了空氣中含有的氫，它主要以化合物的形式儲存在水

2、中，水是地球上最廣泛的物質(zhì)?？偨Y報告，一、氫能簡介在所有化石燃料、化學燃料和生物燃料中，除核燃料外，氫的理想熱值最高，為142，351千焦/千克，是汽油熱值的三倍。當與空氣混合時，它具有較寬的可燃范圍、較高的燃點和較快的燃燒速度?？偨Y報告，一氫能源簡介，無毒與其他燃料相比，氫是燃燒時最清潔的，它不會產(chǎn)生對環(huán)境有害的污染物，如一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化合物和灰塵顆粒等。除了生成的水和少量的氮化氫。少量的氮化氫經(jīng)適當處理后不會污染環(huán)境，燃燒產(chǎn)生的水也不會污染環(huán)境。產(chǎn)品水無腐蝕性，對設備無損害。2012.03.05，總結報告，我簡要介紹一下氫能，氫能不僅可以在熱機中通過燃燒和機械功產(chǎn)生熱能

3、，還可以用作燃料電池的能源材料，或者轉化為固體氫用于結構材料。它可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)金屬氫化物的形式存在，可以滿足不同的儲存、運輸和各種應用環(huán)境的要求。2012.03.05，總結報告一氫能的引入，損耗較小，可以取消長距離高壓輸送，改用長距離管道輸送，安全性相對提高，能量無效損耗降低，利用率高。氫氣消除了內(nèi)燃機的噪聲源和能源污染的隱患，利用率高。2012.03.05，總結報告，我引入氫能，方便氫的運輸可以減少燃料的自重，增加車輛的有效載荷。這樣，可以降低運輸成本。從整體效益來看，社會總效益優(yōu)于其他能源。用氫替代化石燃料來減少溫室效應可以最大限度地減少溫室效應。2012.03.05，總結報告，二

4、氫能源的工業(yè)應用，1。石化合成氨、甲醇：石油煉制：采用加氫工藝可以提高石化產(chǎn)品質(zhì)量。增加最有價值的石化產(chǎn)品的產(chǎn)量，合成多種有機化合物，如合成乙二醇、合成聚亞甲基、醇的同源反應、與不飽和烴反應生成醛等。二、氫能的工業(yè)應用，二、電子工業(yè)中多晶硅的制備，氫氧合成和氧化電真空材料及器件的生產(chǎn)，如鎢和鉬，非晶硅太陽能電池光纖的制造，二、氫能的工業(yè)應用，三。浮法玻璃生產(chǎn)浮法玻璃成型設備充滿熔融錫液，錫液容易氧化形成氧化錫，氧化錫會使玻璃沾錫，增加錫的消耗量。因此，有必要密封錫槽并連續(xù)輸送純氫氮混合氣體，以保持槽內(nèi)的正壓和還原氣氛，并保護錫液不被氧化。，二氫能源的工業(yè)應用，4。冶金工業(yè)在冶金工業(yè)中，氫氣主要

5、用作還原氣體，將金屬氧化物還原成金屬。當在高溫下鍛造一些金屬設備時，氫通常被用作保護氣體以防止金屬被氧化，2012.03.05，總結報告，2012.03.05，總結報告，二氫能的工業(yè)應用，5。食品加工業(yè)中的天然食用油是高度不飽和的。氫化后，產(chǎn)品能穩(wěn)定儲存，抗細菌生長，并能提高油的粘度。食用油脂的氫化產(chǎn)物可加工成非食用油脂，如人造黃油和食用蛋白質(zhì)，生產(chǎn)肥皂和畜牧飼料的原料可通過氫化得到。2012.03.05，總結報告，二氫能源的工業(yè)應用。6.空間技術和氣體應用氫可以用作燃料電池的燃料。由于氫具有高導熱性，氫和氧可用于大型發(fā)電機組的焊接，氫在氣相色譜分析中常被用作載氣。2012.03.05，總結報

6、告，二氫能源的工業(yè)應用，寶馬氫能源7系列配備了一個6.0升V12發(fā)動機，能夠使用液態(tài)氫燃料和汽油。最大輸出功率為191千瓦/260馬力，最大扭矩可達390牛米，轉速為4300轉/分。據(jù)報道，2012年3月5日，車速可在9.5秒內(nèi)從零加速至100公里/小時，最高電子限速為230公里/小時。氫能的工業(yè)應用。中國上海安亭氫加氣站由同濟大學、上海順華新能源系統(tǒng)有限公司和上海航天能源有限公司共同開發(fā)建設，是上海首個燃料電池汽車氫加氣站，于2009年7月15日正式開通。目前，最大儲氫量可達800公斤，可一次連續(xù)向6輛公交車和20輛汽車充氫，是世界上最大的儲氫量之一。二氫能的工業(yè)應用，2012年3月5日，總

7、結報告，三工業(yè)制氫方法比較，工業(yè)制氫方法：天然氣蒸汽重整制氫，甲醇蒸汽重整制氫，電解水制氫，烴類氧化重整制氫，其他含氫物質(zhì)分解制氫。其中，前三種方法被廣泛使用。2012.03.05，總結報告，第三部分工業(yè)制氫方法比較，天然氣蒸汽重整制氫：以天然氣為原料，通過蒸汽重整生產(chǎn)富氫混合氣，是合成氨生產(chǎn)領域中成熟的一段爐造氣工藝。該工藝包括兩個步驟：天然氣脫硫和烴蒸汽轉化。出口氣體混合物的氫含量約為70%。2012.03.05，總結報告，第三部分工業(yè)制氫方法比較，主要消耗定額(以純度為99.99%的1 Nm3氫氣產(chǎn)品為基礎，下同):原料天然氣0.48 Nm3燃料天然氣0.12 Nm3鍋爐給水1.7千克電

8、0.2千瓦小時，天然氣中甲烷含量按96.9%(體積分數(shù))計算。2012.03.05，總結報告，第三部分工業(yè)制氫方法比較，甲醇裂解制氫：甲醇和水的混合溶液在250和1.5兆帕下預熱氣化，然后進入轉化反應器。在催化劑(雙功能催化劑)的作用下，甲醇的催化裂化反應和一氧化碳的變換反應同時發(fā)生，生成約75的氫氣、約25的二氧化碳和少量雜質(zhì)。2012.03.05，總結報告，三工業(yè)制氫方法比較，主要消耗定額為：原料甲醇0.65公斤原料脫鹽水0.38公斤燃料天然氣0.17 Nm3電0.4千瓦小時。導熱油爐視為煤氣爐，天然氣中甲烷含量計算為96.9%。2012.03.05，總結報告，第三部分工業(yè)制氫方法比較，水

9、電解制氫：在直流電的作用下，水分子分解成氫離子和氫氧離子，氫氧離子在陽極失去電子產(chǎn)生氧，而在陰極的氫離子得到電子產(chǎn)生氫。水電解制氫效率高、工藝成熟、設備簡單、無污染，但消耗大量電能。一般來說，t目前國內(nèi)電解槽的槽電壓為2 V，單位最大產(chǎn)氫量可達300 nm3h-1；電解槽工作壓力可達4.0兆帕(產(chǎn)氫量為40 Nm3h-1的電解槽工作壓力可達5.0兆帕)，出口氣體溫度為90，堿液和水分分離后氫氧純度可達99.9%和99.5%。氫氣經(jīng)提純裝置進一步處理，最高純度可達99.9999%。2012.03.05，總結報告，第三類工業(yè)制氫方法比較，第三類工業(yè)制氫方法比較，2012.03.05，總結報告，第四

10、類氫能利用障礙，2012.03.05，總結報告，發(fā)展氫能仍有一個難題，即儲氫，直接影響氫能的應用。如何以一種經(jīng)濟可行的方式限制氫來為人類服務，下面簡要介紹幾種儲存氫的方法。儲存氫氣有三種方式：高壓氣體儲存；低溫液態(tài)氫儲存；金屬氫化物的儲存。為了在未來將氫用作廣泛的能源，目前使用高壓氣體存儲可能更現(xiàn)實。第四章。氫能利用的障礙。1.高壓氣體儲存氣態(tài)氫可以儲存在地下倉庫或鋼瓶里。氫氣必須先被壓縮，這會消耗更多的壓縮功。一般來說，充氣壓力為20MP的高壓鋼瓶的儲氫重量只占1.6；太空用鈦瓶的儲氫重量只有5。為了增加儲氫容量，目前正在研究一種具有微孔結構的儲氫裝置，這項研究仍在進行中。第四章。氫能利用的

11、障礙；2.儲存在低溫液態(tài)氫中的氫在1個大氣壓下冷凍至-252.720以下后，可以變成液態(tài)氫，此時其密度增加，體積減小。然而，液態(tài)氫需要儲存在一個特殊的低溫杜瓦瓶中。雖然它的制造技術已經(jīng)有了很大的發(fā)展，最大體積可以達到5000m3以上，但是成本很高，而且在從氣態(tài)變成液態(tài)的過程中，每千克氫氣實際消耗11千瓦時的電能。因此，如果沒有特殊要求，這種低溫液化儲氫方法在經(jīng)濟上是不可接受的。目前，大多數(shù)火箭燃料仍然使用液態(tài)氫，只有這種方法可以用于儲存和運輸。第四章。氫能利用的障礙。金屬氫化物貯氫為了解決貯氫問題，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)金屬如鈦、鈮、鎂和鋯及其合金可以象海綿一樣貯氫，形成貯氫金屬，氫可以根據(jù)需要隨時釋放，即

12、金屬氫化物貯氫。這樣，人們儲存、運輸和使用氫氣就非常方便了。(四)利用氫能的障礙。盡管氫具有良好的可輸送性，但在氣態(tài)氫和液態(tài)氫的使用中存在著不可忽視的特殊問題。首先，因為氫特別輕，與其他燃料相比，單位能量在運輸和使用過程中所占的體積特別大，即使它是液態(tài)氫。其次，氫氣特別容易泄漏，因此儲氫容器和氫氣輸送管道、接頭和閥門應采取特殊的密封措施。第三，如果液態(tài)氫的溫度極低，如果它落到皮膚上，就會發(fā)生嚴重的凍傷。因此，在運輸和使用過程中應特別注意采取各種安全措施。第四章。氫能利用的障礙，氫能否通過管道從倉庫輸送到最消耗的部門，如輸送氣體。國外已經(jīng)建成了這種輸氫管道：目前，美國得克薩斯州有一條20公里的輸

13、氫管道，直徑203毫米，采用40 #新鋼種，輸送1.38千帕純氫，已安全運行24年；德國有一條200多公里長的氫氣輸送管道，采用直徑為130150毫米的無縫鋼管，輸送1.8千帕的不純氫氣。主要用于化工廠，使用壽命已超過40年，運行狀況良好；南非還在2006年修建了一條80多公里的氫輸送管道美國宇航局還專門建造了一艘運輸液態(tài)氫的大型駁船。船上杜瓦罐中儲存的氫氣體積可達1000立方米左右，可以從海上將液態(tài)氫從路易斯安那州輸送到佛羅里達州的肯尼迪航天發(fā)射中心，這無疑比陸上運輸氫氣更經(jīng)濟、更安全。五、小水電建設，小水電建設中存在的問題小水電項目建設效益顯著，但也存在一些不容忽視的問題，嚴重影響了小水電

14、項目的經(jīng)濟效益。設備利用率低。電力負荷與自然資源不協(xié)調(diào)。管理制度不完善，規(guī)章制度不健全。上網(wǎng)電價很低。2012.03.05，總結報道了我國部分偏遠山區(qū)利用小水電的低成本電能開發(fā)電解制氫，水資源豐富。然而，這些地區(qū)人口稀少，人煙稀少，交通不便，經(jīng)濟落后。當?shù)仉娏ω摵珊苄?，不可能消耗附近小水電產(chǎn)生的大量電力；此外，這些地區(qū)遠離電網(wǎng)，因此很難通過長距離輸電線路與電力系統(tǒng)連接。因此，一些偏遠山區(qū)豐富的水資源無法開發(fā)利用。開發(fā)利用偏遠山區(qū)的水資源，建設小徑流水電站，獲取低成本的電能，發(fā)展電解水制氫產(chǎn)業(yè)，消耗當?shù)匦∷娬井a(chǎn)生的電能，不僅在技術上可行，而且具有可觀的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。徑流式水電站的單位投

15、資預計將降至4000元/千瓦以下，而發(fā)電成本可能降至0.2元/千瓦時以下，甚至低于0.1元/千瓦時。2012.03.05，總結報告，結合“小水電代燃料項目”發(fā)展電解水制氫產(chǎn)業(yè)。自2003年以來，水利部在中國5個省的26個縣開展了小水電代燃料試點，新建和擴建了數(shù)十座小水電站。這些水電站大多與電網(wǎng)相連，以較低的電價向農(nóng)民供電。在雨季，剩余電力在互聯(lián)網(wǎng)上出售，在旱季，從電網(wǎng)購買電力，以確保電力供應，而不是燃料。小水電代燃料的家庭電價約為0.2元/千瓦時，上網(wǎng)電價約為0.24千瓦時，枯水期從電網(wǎng)購買的電價約為0.35千瓦時。目前，中國正在積極推進小水電代燃料的生態(tài)建設工程。如果在一些小水電站中增加電解

16、水制氫，不僅可以解決農(nóng)村用電問題，還可以利用剩余電能制氫。這樣，小水電站不僅出售電能，還出售氫氣和氧氣，提高了水電站的綜合經(jīng)濟效益。2012.03.05，總結報告，電解水制氫效益分析，電解水制氫純度可達99.599.8，達到一級工業(yè)氫氣純度指標99.5。目前，每立方米工業(yè)氫氣的價格是5-6元/立方米。國內(nèi)外普遍認為，水電解制氫每千瓦時可產(chǎn)生0.2立方米的氫氣和1.6立方米的氧氣。舉個例子。2012.03.05，總結報告，電解水制氫效益分析，浙江省某化肥廠電費按工業(yè)電價0.4元/kWh計算，電費占制氫成本的84.41%，其他工資及附加費、設備折舊及維護費用、原輔材料成本分別為4.68、8.05和1.86。據(jù)初步計算，如果在裝機容量為300千瓦的小水電站中設置一個電解水制氫車間，