電解水制氫工藝講解ppt

1、湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院制氫水電站準(zhǔn)備報(bào)告，2012年3月5日，主要內(nèi)容，氫能工業(yè)應(yīng)用簡(jiǎn)介，工業(yè)制氫方法比較，氫能利用障礙，小水電建設(shè)中水電解制氫設(shè)備與技術(shù)，2012年3月5日，總結(jié)報(bào)告，氫能簡(jiǎn)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(dāng)傳統(tǒng)能源危機(jī)出現(xiàn)，新的二次能源開發(fā)出來時(shí)，人們會(huì)期待它。 2012年3月5日，總結(jié)報(bào)告，我簡(jiǎn)要介紹一下氫能，在最輕元素的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，最佳密度為0.8999g/l的氣體的導(dǎo)熱系數(shù)比大多數(shù)氣體高10倍。據(jù)估計(jì)，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(chǔ)存在水

2、中，水是地球上最廣泛的物質(zhì)?？偨Y(jié)報(bào)告，一、氫能簡(jiǎn)介在所有化石燃料、化學(xué)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(dāng)與空氣混合時(shí)，它具有較寬的可燃范圍、較高的燃點(diǎn)和較快的燃燒速度?？偨Y(jié)報(bào)告，一氫能源簡(jiǎn)介，無毒與其他燃料相比，氫是燃燒時(shí)最清潔的，它不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的污染物，如一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、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(dāng)處理后不會(huì)污染環(huán)境，燃燒產(chǎn)生的水也不會(huì)污染環(huán)境。產(chǎn)品水無腐蝕性，對(duì)設(shè)備無損害。2012.03.05，總結(jié)報(bào)告，我簡(jiǎn)要介紹一下氫能，氫能不僅可以在熱機(jī)中通過燃燒和機(jī)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(zhuǎn)化為固體氫用于結(jié)構(gòu)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(chǔ)存、運(yùn)輸和各種應(yīng)用環(huán)境的要求。2012.03.05，總結(jié)報(bào)告一氫能的引入，損耗較小，可以取消長(zhǎng)距離高壓輸送，改用長(zhǎng)距離管道輸送，安全性相對(duì)提高，能量無效損耗降低，利用率高。氫氣消除了內(nèi)燃機(jī)的噪聲源和能源污染的隱患，利用率高。2012.03.05，總結(jié)報(bào)告，我引入氫能，方便氫的運(yùn)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(yùn)輸成本。從整體效益來看，社會(huì)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(yīng)可以最大限度地減少溫室效應(yīng)。2012.03.05，總結(jié)報(bào)告，二

4、氫能源的工業(yè)應(yīng)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(jià)值的石化產(chǎn)品的產(chǎn)量，合成多種有機(jī)化合物，如合成乙二醇、合成聚亞甲基、醇的同源反應(yīng)、與不飽和烴反應(yīng)生成醛等。二、氫能的工業(yè)應(yīng)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(yīng)用，三。浮法玻璃生產(chǎn)浮法玻璃成型設(shè)備充滿熔融錫液，錫液容易氧化形成氧化錫，氧化錫會(huì)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(hù)錫液不被氧化。，二氫能源的工業(yè)應(yīng)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(dāng)在高溫下鍛造一些金屬設(shè)備時(shí)，氫通常被用作保護(hù)氣體以防止金屬被氧化，2012.03.05，總結(jié)報(bào)告，2012.03.05，總結(jié)報(bào)告，二氫能的工業(yè)應(yīng)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(chǔ)存，抗細(xì)菌生長(zhǎng)，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(jié)報(bào)告，二氫能源的工業(yè)應(yīng)用。6.空間技術(shù)和氣體應(yīng)用氫可以用作燃料電池的燃料。由于氫具有高導(dǎo)熱性，氫和氧可用于大型發(fā)電機(jī)組的焊接，氫在氣相色譜分析中常被用作載氣。2012.03.05，總結(jié)報(bào)

6、告，二氫能源的工業(yè)應(yīng)用，寶馬氫能源7系列配備了一個(gè)6.0升V12發(fā)動(dòng)機(jī)，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(dá)390牛米，轉(zhuǎn)速為4300轉(zhuǎn)/分。據(jù)報(bào)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(shí)，最高電子限速為230公里/小時(shí)。氫能的工業(yè)應(yīng)用。中國上海安亭氫加氣站由同濟(jì)大學(xué)、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(shè)，是上海首個(gè)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(chǔ)氫量可達(dá)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(chǔ)氫量之一。二氫能的工業(yè)應(yīng)用，2012年3月5日，總

7、結(jié)報(bào)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(jié)報(bào)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(lǐng)域中成熟的一段爐造氣工藝。該工藝包括兩個(gè)步驟：天然氣脫硫和烴蒸汽轉(zhuǎn)化。出口氣體混合物的氫含量約為70%。2012.03.05，總結(jié)報(bào)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(chǔ)，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(shí)，天然氣中甲烷含量按96.9%(體積分?jǐn)?shù))計(jì)算。2012.03.05，總結(jié)報(bào)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(yù)熱氣化，然后進(jìn)入轉(zhuǎn)化反應(yīng)器。在催化劑(雙功能催化劑)的作用下，甲醇的催化裂化反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng)同時(shí)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(jié)報(bào)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(shí)。導(dǎo)熱油爐視為煤氣爐，天然氣中甲烷含量計(jì)算為96.9%。2012.03.05，總結(jié)報(bào)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(shè)備簡(jiǎn)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(dá)300 nm3h-1；電解槽工作壓力可達(dá)4.0兆帕(產(chǎn)氫量為40 Nm3h-1的電解槽工作壓力可達(dá)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(dá)99.9%和99.5%。氫氣經(jīng)提純裝置進(jìn)一步處理，最高純度可達(dá)99.9999%。2012.03.05，總結(jié)報(bào)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(jié)報(bào)告，第四

10、類氫能利用障礙，2012.03.05，總結(jié)報(bào)告，發(fā)展氫能仍有一個(gè)難題，即儲(chǔ)氫，直接影響氫能的應(yīng)用。如何以一種經(jīng)濟(jì)可行的方式限制氫來為人類服務(wù)，下面簡(jiǎn)要介紹幾種儲(chǔ)存氫的方法。儲(chǔ)存氫氣有三種方式：高壓氣體儲(chǔ)存；低溫液態(tài)氫儲(chǔ)存；金屬氫化物的儲(chǔ)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(chǔ)可能更現(xiàn)實(shí)。第四章。氫能利用的障礙。1.高壓氣體儲(chǔ)存氣態(tài)氫可以儲(chǔ)存在地下倉庫或鋼瓶里。氫氣必須先被壓縮，這會(huì)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(chǔ)氫重量只占1.6；太空用鈦瓶的儲(chǔ)氫重量只有5。為了增加儲(chǔ)氫容量，目前正在研究一種具有微孔結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)氫裝置，這項(xiàng)研究仍在進(jìn)行中。第四章。氫能利用的

11、障礙；2.儲(chǔ)存在低溫液態(tài)氫中的氫在1個(gè)大氣壓下冷凍至-252.720以下后，可以變成液態(tài)氫，此時(shí)其密度增加，體積減小。然而，液態(tài)氫需要儲(chǔ)存在一個(gè)特殊的低溫杜瓦瓶中。雖然它的制造技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，最大體積可以達(dá)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(shí)際消耗11千瓦時(shí)的電能。因此，如果沒有特殊要求，這種低溫液化儲(chǔ)氫方法在經(jīng)濟(jì)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(chǔ)存和運(yùn)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(shí)釋放，即

12、金屬氫化物貯氫。這樣，人們儲(chǔ)存、運(yùn)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?yàn)闅涮貏e輕，與其他燃料相比，單位能量在運(yùn)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(chǔ)氫容器和氫氣輸送管道、接頭和閥門應(yīng)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(huì)發(fā)生嚴(yán)重的凍傷。因此，在運(yùn)輸和使用過程中應(yīng)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(yùn)行24年；德國有一條200多公里長(zhǎng)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(yùn)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(yùn)輸液態(tài)氫的大型駁船。船上杜瓦罐中儲(chǔ)存的氫氣體積可達(dá)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(dá)州的肯尼迪航天發(fā)射中心，這無疑比陸上運(yùn)輸氫氣更經(jīng)濟(jì)、更安全。五、小水電建設(shè)，小水電建設(shè)中存在的問題小水電項(xiàng)目建設(shè)效益顯著，但也存在一些不容忽視的問題，嚴(yán)重影響了小水電

14、項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)備利用率低。電力負(fù)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(jià)很低。2012.03.05，總結(jié)報(bào)道了我國部分偏遠(yuǎn)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(jì)落后。當(dāng)?shù)仉娏ω?fù)荷很小，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(yuǎn)離電網(wǎng)，因此很難通過長(zhǎng)距離輸電線路與電力系統(tǒng)連接。因此，一些偏遠(yuǎn)山區(qū)豐富的水資源無法開發(fā)利用。開發(fā)利用偏遠(yuǎn)山區(qū)的水資源，建設(shè)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(dāng)?shù)匦∷娬井a(chǎn)生的電能，不僅在技術(shù)上可行，而且具有可觀的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。徑流式水電站的單位投

15、資預(yù)計(jì)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(shí)以下，甚至低于0.1元/千瓦時(shí)。2012.03.05，總結(jié)報(bào)告，結(jié)合“小水電代燃料項(xiàng)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(gè)省的26個(gè)縣開展了小水電代燃料試點(diǎn)，新建和擴(kuò)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(jià)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(yīng)，而不是燃料。小水電代燃料的家庭電價(jià)約為0.2元/千瓦時(shí)，上網(wǎng)電價(jià)約為0.24千瓦時(shí)，枯水期從電網(wǎng)購買的電價(jià)約為0.35千瓦時(shí)。目前，中國正在積極推進(jìn)小水電代燃料的生態(tài)建設(shè)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(jì)效益。2012.03.05，總結(jié)報(bào)告，電解水制氫效益分析，電解水制氫純度可達(dá)99.599.8，達(dá)到一級(jí)工業(yè)氫氣純度指標(biāo)99.5。目前，每立方米工業(yè)氫氣的價(jià)格是5-6元/立方米。國內(nèi)外普遍認(rèn)為，水電解制氫每千瓦時(shí)可產(chǎn)生0.2立方米的氫氣和1.6立方米的氧氣。舉個(gè)例子。2012.03.05，總結(jié)報(bào)告，電解水制氫效益分析，浙江省某化肥廠電費(fèi)按工業(yè)電價(jià)0.4元/kWh計(jì)算，電費(fèi)占制氫成本的84.41%，其他工資及附加費(fèi)、設(shè)備折舊及維護(hù)費(fèi)用、原輔材料成本分別為4.68、8.05和1.86。據(jù)初步計(jì)算，如果在裝機(jī)容量為300千瓦的小水電站中設(shè)置一個(gè)電解水制氫車間，