制氢技术课件课件.ppt

第二章制氢;;2.1氢气的实验室制法;2.1氢气的实验室制法;2.2用水制氢;电解定律：

e化学当量，F法拉第常数，Ｉ电流，ｔ通电时间，G化学反应物生成的量。

电解电压：

水的理论分解电压为氢、氧电池的可逆电动势，在1atm,25度下，为1.23V。即水电解池的电压对应于Gibbs自由能的变化是1.23V，而对于焓的变化（即氢的燃烧热）为1.48V。因此在在1atm,25度下，不产生废热的情况下，水的分解电压为1.48V，此数值称为“热中性电压”。

电解质：考虑水溶液的电导率、稳定性、腐蚀性及经济性等综合因素。目前水电解制氢一般都采用碱性水溶液做电解质，如NaOH，KOH溶液。

;水电解制氢流程;上图：制氢装置

下图：水电解槽多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽（外形似压滤机）;氯碱工业电解NaCl制氢;重水电解过程和普通水电解过程一样，只是电解的是重水，则可得到氢的同位素氘。

D2O——D2+1/2O2

做为核聚变的材料，例如氢弹等。

;高温热水解制氢;热化学制氢指在水系统中，不同温度下，经历一系列化学反应将水分解成氢气和氧气，不消耗制氢过程的添加元素或化合物，整个反应过程构成一封闭循环系统。

热化学制氢在1073-1273K下进行。

该系统可与高温核反应堆或太阳能所提供的温度水平匹配。可望实现工业化。

;按热化学循环制氢过程所涉及的物料可分为几类：

1）氧化物体系MeO（金属Me可以是Mn,Fe,Co等）

氢生成3MeO+4H2O---Me3O4+H2

氧生成Me3O4---3MeO+1/2O2

2）卤化物体系（金属Me可以是Mn,Fe,Ca等。X为Cl,Br,I）

金属卤化物3MeX2+4H2O---Me3O4+6HX+H2

卤素生成Me3O4+8HX----3MeX2+4H2O+X2

氧生成MeO+X2----MeX2+1/2O2

水解MeX2+H2O----MeO+2HX;3）含硫体系：

研究得最多的是碘-硫循环，美国、日本、法国都选择I-S循环进行深入研究。

本生（Bunsen）反应SO2+I2+2H2O---2HI+H2SO4

硫酸分解反应H2SO4---H2O+SO2+1/2O2

氢碘酸分解反应2HI---H2+I2

连续操作,闭路循环，物料循环使用,效率可达52%,成本低。

４）杂化体系：

包括硫酸－溴杂化过程，硫酸杂化过程，烃杂化过程，金属-金属卤化物杂化过程。

如：甲烷-蒸汽循环：CH4+H2O---CO+3H2

;热化学制氢的问题及展??

1）开发新的热源---热化学制氢过程需要消耗水和热，热源是关键。核能是今后最有希望的热源；太阳能亦可产生600-800℃的高压过热蒸汽。

2）热化学制氢面临的技术挑战

反应过程的控制，以及中间产物的分离。

3）热化学制氢的材料难题——耐酸以及高温材料的研究

目前热化学制氢技术还很不成熟，离商业化还很遥远。任何一项技术的重大突破都会改写此技术的历史。;2.3化石能源制氢;水煤气法制氢;水煤气法制氢流程框图;我国煤炭气化制氢现状

1）常用的反应器，常压固定床水煤气炉、鲁奇加压固定床气化炉和Texaco加压气流床气化炉。制得的氢主要用于合成氨工业。

2）煤炭地下气化生产原料气

将地下的煤直接进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体。集建井、采煤、地面气化三大工艺为一体，省去庞大的工艺设备。“第二代采煤方法”;气体原料制氢;英国?天然气水蒸汽重整制氢德国?天然气部分氧化重整制氢;天然气部分氧化重整制氢(直接部分氧化和催化氧化)

CH4+1/2O2----CO+2H2+35.5kJ

反应放出少量的热，能耗低。但反应条件较苛刻，且需要空分设备来制氧。

天然气催化热裂解制造氢气

CH4----C+2H2

可用于炭黑、颜料和印刷工业。

新催化剂的开发，沸石和钼催化剂

6CH4----苯+9H2

;液体化石原料制氢;制氢方法;2.4生物质制氢;生物制氢的发展历史

100多年前，发现微生物的作用下，以蚁酸钙的发酵可以水中制取氢。

1931年，在细菌中发现氢酶（hydrogenase），可催化氢的可逆氧化还原反应。

1937年观察到光合细菌可在黑暗中放氢。

1942年，栅藻能在光合作用下放氢。

1949年，深红红螺菌，可以利用紫色光合细菌制氢。

目前证明，产氢作为一种生理性状广泛存在于光合营养生物中。能产氢的生物有几百种。;微生物转化技术

两类：光解产氢生物（绿藻、蓝细菌和光合细菌）和发酵产氢细菌。蓝细菌和光合细菌产氢能力是绿藻的千分之一，无研发价值，而绿藻