走近氢能源.doc

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走近氢能源

走近氢能源 姓名:梁义庚 班级:机电学院热能111班 学号:5902111012 摘要:氢能在二十一世纪有成为世界能源舞台上举足轻重的二次能源。能源材料信息近代社会得以繁荣和发展的三大支柱。其储量日益减少,终有一天这些资源将要枯竭一不依赖化石燃料的、储量丰富的新的能源氢位于元素周期表之首,它的原子序数为1,在常温常压下为气态,在超低温高压下又可成为液态。作为能源,氢有以下特点: 所有元素中,氢重量最轻。在标准状态下,它的密度为0.0899g/l;在-252.7°C时,可成为液体,若将压力增大到数百个大气压,液氢就可变为氢。所有气体中,氢气的导热性最好,比大多数气体的导热系数高出10倍,因此在能源工业中氢是极好的传热载体。 氢是自然界存在最普遍的元素,据估计它构成了宇宙质量的75%,存储量大。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。据推算,如把海水中的氢全部提取出来,它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大90O0倍。 氢的发热值高,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。 氢燃烧性能好,点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,3%-97%范围内均可燃。而且燃点高,燃烧速度快氢本身无毒,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氢循环使用性好,燃烧反应生成的水可用来制备氢,循环使用。氢能利用形式多,既可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,又可以作为能源材料用于燃料电池,或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤和石油,不需对现有的技术装备作重大的改造现在的内燃机稍加改装即可使用。氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现,能适应贮运及各种应用环境的不同要求。由以上特点可以看出氢是一种理想的新能源。目前液氢已广泛用作航天动力的燃料,但氢能大规模的商业应用待解决关键问题: 廉价的制氢技术。因为氢是一种二次能源,它的制取不但需要消耗大量的能量,而且目前制氢效率很低,因此大规模的廉价的制氢技术是 2.1.2 安全可靠的贮氢和输氢方法。由于氢易气化、着火、爆炸,因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也开发氢能的关键。 矿物燃料制氢是利用化学方法将矿物中的氢元素提取出来的方法煤的焦化C+H2O ====== CO+H2↑- Q 然后把水煤气跟水蒸气混合,以氧化铁等为催化剂,在500~ 5500C使水煤气中的一氧化碳转化为二氧化碳, CO+H2O ========== CO2+H2+Q 再把混合气体加压、水洗使二氧化碳溶于水,即分离出氢气 ③从天然气、炼厂气(石油炼制厂的副产气体)、油田气等气体燃料中制取氢气。 把碳氢化合物,如甲烷(存在于天然气、炼厂气中)高温裂解,可制得炭黑和氢气, CH4 ========== C + 2H2 在镍催化剂存在下,把一些碳氢化合物,如甲烷跟水蒸气在800~ 9000C时起反应,制得氢气和一氧化碳的混合气体, CH4+H2O ========= CO+3H2 再把一氧化碳转成二氧化碳(应用水煤气转化法),并使之加压溶解于水,遂获得氢气。 还可采用碳氢化合物部分氧化法来制氢,原理同上面差不多,也是用碳氢化合物和水蒸气通过催化剂生成氢、一氧化碳、二氧化碳的混合气体,然后在混合气体中加进更多的水蒸气,依靠另一些催化剂的作用,生成更多的氢和二氧化碳。 这些方法大都需要催化剂和高温,催化剂多数是镍的化合物。特别是它们都以碳氢化合物为原料,仍旧离不开煤炭、天然气、石油等矿物燃料,所以算不上是一种有前途的制氢技术。 (2)电解水法。水中放进一点儿氢氧化钠、硫酸钾、硫酸之类的电解质,通电之后,极上就能放出氢气。电解水法制得氢气的纯度可达99.5~99.8%。 其原理为: 2H2O ======2H2↑+O2↑ 电解法制氢不消耗矿物燃料,但是用电量很大,每生产1kg氢需要消耗五、六十度电,成本太高。只有在电力供应充裕、电价低廉(如有大量低价的水力发电或核动力发电)的情况下,电解水制氢才有可能焕发青春,为大规模生产氢燃料作出新贡献。(3)各种化工过程副产品氢气的回收,如氯碱工业、冶金工业等。热化学循环分解水制氢方法是在水反应系统中加人中间物,经历不同的反应阶段,最终将水分解为氢和氧,且中间物不消耗这其实也是一种加热直接分解水的方法,不过不是单纯依靠加热硬把氢、氧一步分开,而是通过某些化学药品(如二氧化硫、硫酸和硫酸铋)与水反应,分几步把水分解制得氢气,形成一个热化学循环,所以又叫做分步反应分解水制氢法。 现在,科学家们已提出了多种热化学分解水制氢

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