當(dāng)代能源化學(xué)-氫能課件.pptx

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1、當(dāng)代能源化學(xué)當(dāng)代能源化學(xué)當(dāng)代能源化學(xué)氫能3氫能當(dāng)代能源化學(xué)?氫能經(jīng)濟(jì)的背景：?大氣中二氧化碳逐年增加，地球不斷變暖，生態(tài)環(huán)境惡化，自然災(zāi)害頻發(fā)，造成的損失逐年增加。?化石能源儲(chǔ)量有限，消耗加快。?能源結(jié)構(gòu)單一，過(guò)渡依賴化石能源。?經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、環(huán)境保護(hù)和社會(huì)發(fā)展的壓力。?氫：儲(chǔ)量大，分布廣，清潔無(wú)污染氫能當(dāng)代能源化學(xué)氫能經(jīng)濟(jì)構(gòu)想氫能當(dāng)代能源化學(xué)?氫能技術(shù)的難點(diǎn)：如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)模地廉價(jià)制氫？如何經(jīng)濟(jì)、合理、安全地儲(chǔ)存和輸送氫？如何高效率、低成本地利用氫？氫能當(dāng)代能源化學(xué)氫能當(dāng)代能源化學(xué)制氫技術(shù)???化石燃料制氫—目前主要的制氫方法成熟、廉價(jià)，但資源和環(huán)境問(wèn)題并未解決生物質(zhì)為原料制氫光合效率

2、、水土面積、集中和儲(chǔ)運(yùn)成本等問(wèn)題水分解制氫利用光化學(xué)、熱化學(xué)和電化學(xué)方法制氫。然而，太陽(yáng)能的收集、高品質(zhì)熱能和電能的產(chǎn)生方法，都是首先要解決的問(wèn)題。成本等問(wèn)題當(dāng)代能源化學(xué)全球年產(chǎn)氫：5000億m3化石燃料制氫占96%氫能當(dāng)代能源化學(xué)煤為原料制氫:煤的氣化氫能當(dāng)代能源化學(xué)煤為原料制氫CO+H2O→CO2+H2氫能當(dāng)代能源化學(xué)天然氣制氫：甲烷蒸氣重整?利用有機(jī)物高溫下與水的反應(yīng)，不僅自身脫氫，同時(shí)將水中的氫解放出來(lái)。?此法也適于生物質(zhì)制氫。氫能當(dāng)代能源化學(xué)天然氣制氫：熱解碳黑CH4→C+2H2裂解爐CH4H2將天然氣火焰在裂解爐加熱到1400℃，關(guān)閉裂解爐使天然氣發(fā)生裂解反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣

3、和碳黑。氫能當(dāng)代能源化學(xué)天然氣制氫：部分氧化?甲烷部分氧化制氫：2CH4+O2=2CO+4H2?水－氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)：CO+H2O=CO2+H2氫能當(dāng)代能源化學(xué)電解水制氫?電解水制氫目前主要包括三種方法，分別是堿性水溶液電解、固體聚合物電解質(zhì)水電解和高溫水蒸氣電解。?具有產(chǎn)品純度高、操作簡(jiǎn)便、無(wú)污染、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)。?但該法所制氫氣僅占全球氫氣總產(chǎn)量的1~4%。電解水制氫當(dāng)代能源化學(xué)堿性水溶液電解2OH-?H2O＋?O2+2e2H2O+2e?2OH-+H2采用Ni或Ni合金電極，效率~75％氫能當(dāng)代能源化學(xué)氫能當(dāng)代能源化學(xué)?氫氣的儲(chǔ)存是其應(yīng)用的前提，儲(chǔ)氫技術(shù)和材料已稱為全球關(guān)注的科技和

4、產(chǎn)業(yè)的焦點(diǎn)之一。?美國(guó)在全部氫能技術(shù)研究中，有50%的經(jīng)費(fèi)用于儲(chǔ)氫技術(shù)。?日本將儲(chǔ)氫材料的研究列入1993~2020年的“新陽(yáng)光計(jì)劃”。?我國(guó)也將儲(chǔ)氫材料及應(yīng)用工程技術(shù)的研究列入“九五”“十五”“863”“973”規(guī)劃，其中以浙江大學(xué)、南開大學(xué)、有色金屬研究總院等研究院所在該領(lǐng)域的研究較為突出，取得了可喜的成果。氫能當(dāng)代能源化學(xué)無(wú)機(jī)化合物儲(chǔ)氫方法化學(xué)方法物理方法有機(jī)液體金屬氫化物液氫高壓氫氣金屬-有機(jī)骨架材料活性炭新型碳材料氫能當(dāng)代能源化學(xué)化學(xué)方法：無(wú)機(jī)化合物氫能當(dāng)代能源化學(xué)?儲(chǔ)氫機(jī)制：利用某些無(wú)機(jī)化合物能和氫氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可以儲(chǔ)氫，然后在一定條件下又可分解釋放出氫氣。?優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)

5、點(diǎn)：原料易得、儲(chǔ)存方便、安全性好。缺點(diǎn)：儲(chǔ)氫量較小，催化劑價(jià)格較高。氫能當(dāng)代能源化學(xué)以活性炭作載體，在Pd或PdO的催化作用下，以KHCO3或NaHCO3作為儲(chǔ)氫劑，其儲(chǔ)氫量約為2wt%氫能當(dāng)代能源化學(xué)化學(xué)方法：有機(jī)液體氫能當(dāng)代能源化學(xué)?儲(chǔ)氫機(jī)制：借助儲(chǔ)氫載體（如苯和甲苯等）與氫的可逆反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，包括催化加氫反應(yīng)與催化脫氫反應(yīng)。?優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)氫量大、儲(chǔ)氫載體苯與甲苯可循環(huán)使用、儲(chǔ)存和運(yùn)輸安全方便。缺點(diǎn)：催化加氫與催化脫氫裝置的投資費(fèi)用大等氫能當(dāng)代能源化學(xué)思考并計(jì)算：苯和甲苯的儲(chǔ)氫產(chǎn)物及其理論儲(chǔ)氫量（按儲(chǔ)氫產(chǎn)物來(lái)計(jì)算）。氫能當(dāng)代能源化學(xué)儲(chǔ)氫產(chǎn)物：環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷理論儲(chǔ)氫量：7

6、7.11wt%和66.11wt%氫能當(dāng)代能源化學(xué)化學(xué)方法：金屬氫化物氫能當(dāng)代能源化學(xué)?儲(chǔ)氫機(jī)制：氫可以與許多金屬或合金反應(yīng)生成金屬氫化物，在一定條件下，氫原子易進(jìn)入金屬晶格的四面體或八面體間隙中，形成金屬氫化物，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫目的，當(dāng)金屬氫化物受熱時(shí)，又可釋放出氫氣。氫能當(dāng)代能源化學(xué)?儲(chǔ)氫合金：由一類吸氫元素或與氫有很強(qiáng)親和力的元素A和另一類吸氫量小或根本不吸氫的元素B共同組成。?A金屬容易與氫反應(yīng)，大量吸氫并放熱，形成穩(wěn)定氫化物。主要是IA-VB族金屬，如Ti、Zr、Ca、Mg、RE（稀土金屬）等。?B金屬與氫的親和力小，如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al等，氫很容易在其中移動(dòng)（吸熱

7、性金屬）。?A控制儲(chǔ)氫量，是組成儲(chǔ)氫合金的關(guān)鍵元素；B控制著吸放氫的可逆性，起調(diào)節(jié)生成熱和分解壓力的作用。氫能當(dāng)代能源化學(xué)?儲(chǔ)氫合金的吸放氫過(guò)程：(1)先吸收少量氫，形成含氫固溶體—MHx(α相)，合金結(jié)構(gòu)保持不變。(2)固溶體進(jìn)一步與氫反應(yīng)，產(chǎn)生相變(結(jié)構(gòu)改變)，生成氫化物相—MHy(β相)。(3)繼續(xù)提高氫壓，金屬中的氫含量略有增加。MHxMHy氫能當(dāng)代能源化學(xué)提高溫度，平臺(tái)壓力升高，但有效氫容量減少溫度低有利于吸氫，溫度高有利于放氫儲(chǔ)氫合金吸/放氫的壓力-溫度-