文档介绍：氢能的制备
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目录
化石燃料制氢
电解水制氢
光解水制氢
生物制氢
生物降解及模拟氢化酶制氢
各种氢能制备方法比较及前景
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化石燃料制氢?
氢能是一种储量丰富、热值高、无污染的新能源。化石燃料中制氢从含烃的化石燃料中制氢是过去及现在采用最多的方法。它是以煤、石油或天然气等化石燃料作原料来制取氢气。用蒸汽和煤作原料来制取氢气的基本反应过程为:C+2H20一CO+2H2
用蒸汽和天然气作原料的制氢化学反应为:
CH4+2H2O—CO2+4H2。
%以上的制氢都以天然气为原料。天然气制氢作为最经济的化石资源制氢过程在未来的20 年仍然将在氢能领域占据主要地位。
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化石燃料制氢
甲烷重整
1
重油重整
2
煤制氢
3
零排放(CO2捕获和封存)
4
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甲烷重整
甲烷部分氧化法制氢
甲烷自热转化
甲烷催化裂解制氢
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甲烷重整(Steam Methane Reformation, SMR )
工艺流程:
反应器:由于热力学限制,甲烷蒸汽转化需在高温下进行(750~920℃).Lin等人对甲烷蒸汽转化与氢气纯化进行了集成研究:采用钯膜反应器,可将反应温度降至500℃。采用膜反应器不仅可以降低反应温度,还可以省去后序的氢气纯化工序,具有诱人的前景.
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甲烷部分氧化法制氢(Partial oxidation,POX)
反应器主要有固定床反应器、蜂窝状反应器和流化床反应器等。
750~800℃
催化剂
目前POM法主要以过渡金属Ni、贵金属P t等为主的负载型催化剂。
优点
甲烷部分氧化法(POM)实际是由甲烷与氧气进行不完全氧化生成CO和H2。
CH4 + 1/2O2  →  CO + 2H2
待解决问题
反应器
具有能耗低,反应速率较蒸气转化反应快1~2个数量级,操作空速大等优势。
催化剂床层的热点问题、催化材料的反应稳定性、操作体系的安全性等。
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甲烷自热转化(ATRM)
甲烷自热转化(ATRM)是结合SRM和POM的一种方法。自热转化工艺主要有甲烷部分氧化反应,蒸气转化反应以及变换反应,总的反应是放热反应。
Topsoe公司开发的由两部份组成的ATRM反应器将蒸气转化和部分氧化结合在同一个反应器中进行。反应器的上部是燃烧室,用于甲烷的部分氧化燃烧,而甲烷和水蒸气重整在反应器的下部进行。该工艺利用上部的不完全燃烧放出的热量提供给下部的吸热反应。
(焦炉煤气变压吸附制氢装置)
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甲烷催化裂解制氢
裂解炉
CH4
H2
碳黑
氢甲烷催化裂解生成碳和氢气,甲烷分解反应是温和的吸热反应,产物气中不含碳氧化合物,避免了SRM、POM、ATRM法制氢工艺中需要分离提纯氢的工序,降低了整个工程的经济成本。
催化剂的种类是影响甲烷裂解的重要因素,所用催化剂包括金属催化剂和非金属催化剂。不同金属对CH4的活化能力不一样,其中Co、Ru、N i等具有较大的活性。也有人不同型号的活性碳、碳黑、纳米结构碳(包括碳纳米管和C60/70)做催化剂,结果发现甲烷在各种活性碳上的裂解都有较高的初始活性。
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重油原料包括有常压、减压渣油及石油深度加工后的燃料油。重油与水蒸汽及氧气反应制得含氢气体产物。部分重油燃烧提供转化吸热反应所需热量及一定的反应温度。气体产物组成:氢气46%(体积),一氧化碳46%,二氧化碳6%。该法生产的氢气产物成本中,原料费约占三分之一,而重油价格较低,故为人们重视。
重油制氢
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