21世纪的清洁能源—氢能42页PPT.ppt

L/O/G/O 氢氢氢氢 能能能能 hydrogen energy hydrogen energy 王锋 重庆大学动力工程学院副教授 硕士生导师让我们带着以下问题走进氢能的世界让我们带着以下问题走进氢能的世界让我们带着以下问题走进氢能的世界让我们带着以下问题走进氢能的世界氢能氢能氢能的利氢能的利用现状用现状氢能的一氢能的一般特性般特性氢能的储氢能的储存与运输存与运输氢能的氢能的生产生产什么是什么是氢能氢能氢能的氢能的限制限制1.1.什么是氢能？什么是氢能？什么是氢能？什么是氢能？有以下两个定义：有以下两个定义：氢原子在高温高压下聚变成一个氦原子反应所氢原子在高温高压下聚变成一个氦原子反应所产生巨大的能量。（产生巨大的能量。（核聚变核聚变）燃烧燃烧氢所获取的能量。氢所获取的能量。2.2.氢能的一般特性氢能的一般特性氢能的一般特性氢能的一般特性最轻的元素最轻的元素导热性最好导热性最好最普遍的元素最普遍的元素发热值最高（除核燃料外）发热值最高（除核燃料外）燃烧性能好燃烧性能好 对环境友好对环境友好利用形式多样利用形式多样贮运形式多样贮运形式多样由以上特点可以看出氢是一种理想的新的含能体能源。由以上特点可以看出氢是一种理想的新的含能体能源。我我们怎怎样才能才能得到得到氢能呢能呢3.怎样生产氢能？怎样生产氢能？3.1 3.1 氢能的实验室制法氢能的实验室制法氢能的实验室制法氢能的实验室制法用锌与稀硫酸反应Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 用铝和氢氧化钠反应制取2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H23.1 3.1 氢能的实验室制法氢能的实验室制法氢能的实验室制法氢能的实验室制法3.2 3.2 氢能的工业制法氢能的工业制法氢能的工业制法氢能的工业制法3.2 3.2 氢能的工业制法氢能的工业制法氢能的工业制法氢能的工业制法电解食盐水的副产氢 在氯碱工业中副产多量较纯氢气，除供合成盐酸外还有剩余，也可经提纯生产普氢或纯氢。如：2NaCl+2H2O=电解=2NaOH+Cl2+H2（产量第二）氢气的工业制法氢气的工业制法氢气的工业制法氢气的工业制法电解食盐水（水）制氢电解食盐水（水）制氢电解食盐水（水）制氢电解食盐水（水）制氢3.2 3.2 氢能工业制法氢能工业制法氢能工业制法氢能工业制法由石油热裂的合成气和天然气制氢在石油化工生产过程里，常用石油分馏产品（包括石油气）作原料，采用比裂化更高的温度（700800，有时甚至高达1000以上），使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，其中就含油氢气。（产量第一）氢气的工业制法氢气的工业制法氢气的工业制法氢气的工业制法水煤气法制氢水煤气法制氢水煤气法制氢水煤气法制氢水煤气法制氢 用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气（C+H2OCO+H2热）。净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO2（CO+H2OCO2+H2）可得含氢量在80%以上的气体再压入水中以溶去CO2，再通过含氨蚁酸亚铜（或含氨乙酸亚铜）溶液中除去残存的CO而得较纯氢气（这种方法制氢成本较低产量很大，设备较多，在合成氨厂多用此法）。水煤气法制氢流程框图3.2 3.2 氢能的工业制法氢能的工业制法氢能的工业制法氢能的工业制法电解水制氢多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽（外形似压滤机）来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气，阴极出氢气。该方法成本较高，但产品纯度大，可直接生产99.7%以上纯度的氢气。2H2O=2H2(气体)+O2(气体)3.2 3.2 氢能的工业制法氢能的工业制法氢能的工业制法氢能的工业制法焦炉煤气冷冻制氢 把经初步提净的焦炉气冷冻加压，使其他气体液化而剩下氢气。3.2 3.2 氢能的工业制法氢能的工业制法氢能的工业制法氢能的工业制法酿造工业副产 用玉米发酵丙酮、丁醇时，发酵罐的废气中有1/3以上的氢气，经多次提纯后可生产普氢（97%以上），把普氢通过用液氮冷却到100以下的硅胶列管中则进一步除去杂质（如少量N2）可制取纯氢（99.99%以上）。3.3 3.3 制取氢气的新方法制取氢气的新方法制取氢气的新方法制取氢气的新方法太阳能制太阳能制氢生物制生物制氢生物生物质制制氢醇醇类氧化重整制氧化重整制氢太阳热分解水制氢太阳能电解水制氢太阳能光化学分解水制氢模拟植物光合作用分解水制氢光化学反应热化学反应电化学反应3.31 3.31 太阳能制氢太阳能制氢太阳能制氢太阳能制氢1、直接热分解2、太阳能热化学分解先将太阳能转化成电能，再利用电能来电解水还需研究3.32 3.32 生物制氢生物制氢生物制氢生物制氢生物质快速裂解油制取氢气有机废水发酵法生物制氢气用绿藻生产氢气从微生物中提取的酶制氢气用细菌制取氢气3.33 3.33 生物质制氢生物质制氢生物质制氢生物质制氢我们如何运输和我们如何运输和储存这些能源方储存这些能源方面我们使用呢面我们使用呢4.4.氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能工能工业对储氢的的要求要求安全容量大成本低使用方便 民用和工民用和工业用的气用的气源要求源要求较大的储存容量交通工具交通工具的要求的要求较大的储氢密度4.4.氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送气态压缩高压储氢是最普通和最直接的储氢方式缺点是能耗高，还存在一定的安全问题加压气态加压气态储存储存 氢气通过高压绝热膨胀生成液氢。液氢的沸点低,气化潜热小，难以长时间储存，不适合于间歇使用的场合。液化储存液化储存储氢技术现状储氢技术现状4.4.氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送4.4.氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送一种以金属与氢反应生成金属氢化物而将氢储存的技术。氢可以和许多金属或合金在一定温度和压力下大量吸收氢而生成金属氢化物。反应有很好的可逆性，适当升高温度和减小压力即可发生逆反应，释放出氢气。金属金属氢化物氢化物储存储存由于氢的化学性质活泼，它能与许多非金属元素或化合物作用，生成各种含氢化合物，可作为人造燃料或氢能的储存材料。如氢可与CO催化反应生成烃和醇，与一些不饱和烃加成生成含氢更多的烃，将氢储存其中，还可与氮、硼、硅形成氢化物。非金属非金属氢化物氢化物储存储存压缩气体压缩气体运输和使用方便可靠，运输和使用方便可靠，压力高压力高 使用和运输有危险，钢瓶使用和运输有危险，钢瓶的体积和质量大，运费较的体积和质量大，运费较高高 液氢液氢储氢能力大储氢能力大 储氢过程能耗大，使用不储氢过程能耗大，使用不方便方便 金属金属氢化物氢化物运输使用安全运输使用安全 单位质量的储氢量小，金单位质量的储氢量小，金属氢化物易破裂属氢化物易破裂4.4.氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送常用的储氢方法及优常用的储氢方法及优缺点缺点4.4.氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送气态高压储存正朝着更高压力的方向发展，目前已经有350Mpa压力的储氢罐商品，这种储氢罐是采用铝合金内胆，外面缠绕碳纤维并浸渍树脂，700Mpa的储氢罐样品也成功问世。高压储氢高压储氢技术技术新型储氢合金的研究 有机化合物储氢 碳凝胶 玻璃微球 氢浆储氢 冰笼储氢 层状化合物储氢 其它储氢其它储氢方式方式储氢研究动向储氢研究动向4.4.氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送按照输运时所处状态按照输运时所处状态液氢输送液氢输送气氢输送气氢输送固氢输送固氢输送4.4.氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送车船运船运输管道管道输送送 根据氢的输送距离、用氢要求及用户的分布情况根据氢的输送距离、用氢要求及用户的分布情况 4.4.氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送氢能的储存和输送液液氢储罐罐 压力容器力容器 车船船运运输 液液氢的管道的管道输送送 气气氢管道管道 有机化合物有机化合物输氢管管道道管道管道输送送 我我们应如何如何利用利用氢能呢能呢？5.5.氢能的利用现状氢能的利用现状氢能的利用现状氢能的利用现状氢气内氢气内燃机车燃机车氢氢-天然气天然气混合燃料混合燃料燃料电燃料电池电源池电源燃料电燃料电池汽车池汽车氢能能利用利用现状状5.5.氢能的利用现状氢能的利用现状氢能的利用现状氢能的利用现状Company Logo现今的燃料电池之星是现今的燃料电池之星是本田本田FCX Clarity,它使它使用的是氢燃料电池。用的是氢燃料电池。氢能汽车氢能汽车宝马氢能宝马氢能7系选择了系选择了和本田不同的道路，和本田不同的道路，它使用的是氢燃料它使用的是氢燃料内燃机内燃机5.5.氢能的利用现状氢能的利用现状氢能的利用现状氢能的利用现状世界上首座氢能源发电站于2019年7月12日在意大利正式建成投产。这座电站位于水城威尼斯附近的福西纳镇。据报道，意大利国家电力公司投资5000万欧元建成这座清洁能源发电站，该发电站功率为16兆瓦，年发电量可达6000万千瓦小时，可满足2万户家庭的用电量，一年可减少相当于6万吨的二氧化碳排放量。该电站7万吨燃料来自于威尼斯及附近城市的垃圾分类回收。5.5.氢能的利用现状氢能的利用现状氢能的利用现状氢能的利用现状2000-20192019-20202020-20302030-2040第一阶段第一阶段技术、政策技术、政策和市场开发和市场开发阶段阶段第二阶段第二阶段向市场过渡向市场过渡阶段阶段第三阶段第三阶段市场和基础市场和基础设施扩张阶设施扩张阶段段第四阶段第四阶段走进氢经济走进氢经济时代时代美国氢能利用路线图美国氢能利用路线图开发有中国特色的氢能源技术开发有中国特色的氢能源技术加快基础设施和示范项目建设加快基础设施和示范项目建设建立产、学、研合作机制和合作平台建立产、学、研合作机制和合作平台制定目标明确的氢能源开发路线图制定目标明确的氢能源开发路线图将开发氢能列入国家长期能源战略将开发氢能列入国家长期能源战略对我国氢能技术路线图的建议对我国氢能技术路线图的建议5.5.氢能的利用现状氢能的利用现状氢能的利用现状氢能的利用现状氢能有如此大能有如此大的好的好处，那，那为何何现在不大量在不大量利用呢利用呢6.6.氢能的限制氢能的限制氢能的限制氢能的限制制取能耗高产氢率普遍较低设备成本较高.如果以H2作为载运的燃料，就必须考虑到两个充H2站之间的距离。这是H2使用中最大的局限性。更宽的着火范围更低的着火能更容易泄漏更高的火焰传播速度更容易爆炸储存方面储存方面安全性方面安全性方面制取方面制取方面6.1 6.1 氢能的安全性限制氢能的安全性限制氢能的安全性限制氢能的安全性限制氢是最轻的元素，比液体燃料和其他气体燃料更容易从小孔中泄漏在空气中，氢的燃烧范围很宽，而且着火能很低。氢/空气混合物燃烧的范围是475%（体积比），着火能仅为0、02MJ。而其他燃料的着火范围要窄的多，着火能也要高的多泄漏性在密闭的空间内，氢气的燃烧速度可能会快速增加，发生爆炸可燃性爆炸性总结总结总结总结 能源是人类发展的根本保障。自从英国开始了工业革命，人类文明所取得的重大成就就很大一部分建立在消耗大量的化石燃料上。而化石燃料是不可再生资源，其能量又是有限的。而且大量使用化石能源对环境造成了眼中污染。因此，全世界都很重视开发和使用新能源。作为一种新能源，氢能具有很大的优越性。首先，氢的来源具有多样性。其次，氢气是最环保的能源。第三，氢气具有可储存性。第四，氢气具有可再生性。氢具有以上优点，它能够同时满足环境、资源可持续发展的要求，这是其他能源所不具有的。尤其是在油价已经进入8元时代的当今中国，发展氢能源更是我们所面临的紧要任务。我们应该看到氢能未来的光明前景，同时也应该看到我国氢能与国际的差距正在增大。我们衷心希望我国氢能产业能奋起直追，加大对氢能的投入，是我国在国际竞争中充满强劲的动力。Thank You!Thank You!