IV氢能源利用的障碍
2.低温液氢贮存
氢气在1个大气压下，冷冻至-252.720C以 下即可变为液态氢，这时它的密度提高，体积缩小 。但是，液态氢需保存在专门的深冷杜瓦瓶里面， 虽然其制造技术已有很大发展，最大容积可达 5000m3以上，不过造价昂贵，而且每千克氢气由 气态变为液态的过程中，实际需要消耗大11kW·h 的电力。所以非特殊要求，这种深冷液化储氢方法 在经济上是不易被人们接受的。现在多数火箭燃料 还是使用液态氢，其储运办法只有此法可取。
制氢水电站构想前期准备汇报
湖南大学电气与信息工程学院 2012.3.5
主要内容
氢能源简介 氢能源的工业应用 工业制氢方法比较 氢能源利用的障碍 小水电建设 电解水制氢的设备和工艺
总结汇报
2012.03.05
I 氢能源简介
目前所用的能源如石油、天然气、煤，均属 不可再生资源，地球上存量有限，而人类生 存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能 源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现 和开发新的二次能源的同时，人们期待的新 的二次能源
IV氢能源利用的障碍
能否将氢气像运输煤气一样用管道从储存库运往用量最 多的消费部门。国外有些国家已经建成了这种输氢管道： 现在美国德克萨斯州有条约20 km的输氢管道，管径203 mm，采用40号新钢种，输送1.38×1 0 3 kPa的纯洁氢，已 安全运行24年；德国有条200多千米长的输氢管道，采用
II 氢能源的工业应用
2、电子工业
多晶硅的制备 氢氧合成氧化 电真空材料和器件如钨和钼的生产 制造非晶硅太阳电池 光导纤维
II 氢能源的工业应用
3、浮法玻璃生产
在浮法玻璃成形设备中装有熔融的锡液，它极 易被氧化，生成氧化锡，造成玻璃沾锡，增加 锡的消耗量，因此需要将锡槽密封，并连续不 断送人纯净的氢氮混合气，维持槽内正压与还 原气氛，保护锡液不被氧化。
2012.03.05
I 氢能源简介
理想的发热值 除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化 工燃料和生物燃料中最高的，为 142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍
燃烧性能好 点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围， 而且燃点高，燃烧速度快
总结汇报
2012.03.05
I 氢能源简介
无毒 与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水 和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二 氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等 对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过 适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水 还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐 蚀性，对设备无损。
运输液态氢短距离可用专门的液氢管道输送， 长距离用绝热保护的车船运输。如国外已有3.5～ 80m3的公路专用液氢槽车；深冷铁路槽车也已问 世，储液氢量可达100～200m3，可以满足用氢 大户的需要，是较快速和经济的运氢方法。美国宇 航局还专门建造了输送液氢的大型驳船，船上的杜 瓦罐储液氢的容积可达1000m3左右，能从海上将 路易斯安娜州的液氢运到佛罗里达州的肯尼迪空间 发射中心，这样无疑比陆上运氢更加经济和安全。
耗损少 可以取消远距离高压输电，代以远近距离管 道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减 小
利用率高 氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利 用率高
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2012.03.05
I 氢能源简介
运输方便 氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有 效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益 考虑社会总效益优于其他能源
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2012.03.05
III工业制氢方法比较
三种工业制氢方法比较
比较项目
天然气蒸汽转化
甲醇蒸汽转化
-变压吸附制氢
-变压吸附制氢
技术成熟性
成熟
较成熟
一次性投资
高
低
生产成本（元 •Nm-3）
~1.3
<2.5
适用规模 （Nm3·h-1）
>1000
20~2500
最高纯度/%
99.999
99.999
C 4 H H 2 O C 3 O 2 H 21 m 0 -1 k o
C O H 2O C2O H 243.m 5-k 1 oI工业制氢方法比较
主要消耗定额(以1 Nm3 ,纯度为99.99 %的 氢气产品为基准,下同) : 原料天然气0.48 Nm3 燃料天然气0.12 Nm3 锅炉给水1.7 kg 电0.2 kW ·h 。
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2012.03.05
I 氢能源简介
重量最轻的元素 标准状态下，密度为 0.8999g/l
导热性最好的气体 比大多数气体的导热系数高出10倍
自然界存在最普遍的元素 据估计它构成了宇宙质量的 75%，除空气 中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存 于水中，而水是地球上最广泛的物质
总结汇报
氢的贮存有三种方法：高压气 态贮存；低温液氢贮存；金属氢化 物贮存。 要想用氢作为未来广泛能 源，可能目前只有采用高压气态贮 存比较现实。
总结汇报
2012.03.05
IV氢能源利用的障碍
1.高压气态贮存
气态氢可贮存在地下库里，也可装人钢瓶 中。必须先将氢气压缩，为此需消耗较多的 压缩功。一般一个充气压力为20MP的高压 钢瓶贮氢重量只占1.6％；供太空用的钛瓶 储氢重量也仅为5％。为提高贮氢量，目前 正在研究一种微孔结构的储氢装置，这个研 制还在进行中。
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2012.03.05
II 氢能源的工业应用
中国上海安亭加氢站是由同济大学、上海舜华新能源系 统有限公司及上海航天能源有限公司共同研发并建设的 ------上海首座为燃料电池汽车服务加氢站，该加氢 站已于2009年7月15日 正式开业。目前储氢量 最大可达800公斤，一 次能连续为6辆大巴、 20辆小汽车加注氢气， 其规模在全球数一数二 。
II 氢能源的工业应用
4、冶金工业
在冶金工业中，氢气主要用作还原气，以便 将金属氧化物还原成金属
在高温锻压一些金属器材时，经常用氢气作 为保护气以使金属不被氧化
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2012.03.05
总结汇报
2012.03.05
II 氢能源的工业应用
5、食品加工工业
天然食用油具有很大程度的不饱和性，经氢 化处理后，产品可稳定贮存，并能抵抗细菌 的生长，提高油的粘度
食用油加氢的产品可加工成人造奶油和食用 蛋白质等
非食用油加氢可得到生产肥皂和畜牧业饲料 的原料
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2012.03.05
II 氢能源的工业应用
6、空间技术与燃气应用
氢气可以用作燃料电池的燃料 由于氢具有较高的导热系数，在大型发电机
组中经常用氢气作冷却剂 用氢气和氧气可进行焊接 在气相色谱分析中经常用氢气作载气
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2012.03.05
II 氢能源的工业应用
BMW氢能7系装备了能够使用液氢燃料和汽油的6.0升 V12发动机，最大输出功率为191千瓦/260马力，在 4,300转/分钟的转速下，最大扭矩可达390牛顿米， 在9.5秒内即可从 零加速到100公里 /小时，最高电子 限速为230公里/ 小时。
天然气中的甲烷含量按96.9 %(体积分数) 计。
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2012.03.05
III工业制氢方法比较
甲醇裂解制氢：250oC，1.5MPa下，甲醇 和水的混合液经过预热、气化后，进人转化 反应器，在催化剂(双功能催化剂)作用下， 同时发生甲醇的催化裂解反应和一氧化碳的 变换反应，生成约75％的氢气和约25％的 二氧化碳以及少量杂质。
主要消耗定额：原料脱盐水0.82kg，电耗
5.5kW·h
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2012.03.05
III工业制氢方法比较
为改善水的导电性能、降低电耗，通常电解 槽内的液体不是纯水，而是一定浓度的KOH 水溶液。目前国内的电解槽，小室电压≤2 V ，单台最大产氢量可达300 Nm3·h-1； 电解 槽工作压力可达4.0 MPa (产氢量≤40 Nm3·h-1 的电解槽，工作压力可达5.0 MPa) ，出槽气体温度90 ℃，经分离碱液和水分后 的氢气纯度可达99.9 %、氧气纯度可达 99.5 %。若进一步经纯化装置处理，氢气的 最高纯度可达99.9999 %。
无缝钢管，管道直径130～150 mm，输送1.8×1 0 3 kPa
的不纯氢，主要用于化工厂，使用年限已超过40年，运行 情况仍然良好；南非在20世纪90年代初也建成了一条80多 千米的输氢管道。可见氢气的管道输送技术较为成熟，但 一般认为短距离较好，距离过长，要有中间加压措施，建 造比较复杂。
IV氢能源利用的障碍
II 氢能源的工业应用
总结汇报
2012.03.05
III工业制氢方法比较
工业制氢方法： 天然气蒸汽重整制氢 甲醇蒸汽转化制氢 电解水制氢 烃类氧化重整制氢 其他含氢物质分解制氢。
其中，前三种方法使用较为普遍。
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2012.03.05
III工业制氢方法比较
天然气水蒸气重整制氢： 以天然气为原料,用水蒸气转化制取富氢混合气 ，应用的是合成氨生产领域成熟的一段炉造气 工艺。该工艺包含两个C步骤:天然气脱硫和烃类 的蒸汽转化。出口混合气含氢量约为70%。
减少温室效应 氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应
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2012.03.05
II 氢能源的工业应用
1、石油化工
合成氨、甲醇： 石油炼制：利用加氢工艺可以改善石油化学品
的质量，增加最有价值的石油化学品的产量. 合成多重有机化合物：如乙二醇的合成、合成
聚甲烯、醇的同系化反应、与不饱和烃反应制 醛等
总结汇报
2012.03.05
III工业制氢方法比较
电解水制氢：直流电作用下，水分子分解为 氢离子和氢氧根离子，在阳极氢氧根离子失 去电子产生氧气，在阴极氢离子得到电子产 生氢气。