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储能技术 第5章 氢储能.ppt

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最后一页为本章小结 * 最后一页为本章小结 * 最后一页为本章小结 * 总结与展望 氢能具有储量丰富,燃烧热值高,可存储,可转化形式广的优点。 氢气的制备可以分为化石能源重整制氢、电解水制氢、新型制氢技术三类。 化石能源重整制氢是目前制氢的主流技术,可分为煤气化制氢、天然气水蒸气重整制氢、重油制氢。 电解水制氢分为酸/碱溶液电解制氢、质子交换膜(PEM)水电解制氢、高温固体氧化物(SOEC)水电解制氢。 新型制氢技术包括生物制氢及光催化制氢两类。 总结与展望 高压储运是先将氢气加压,随后装在高压容器中,使用交通工具进行输送,该储运方法在技术上较为成熟。 液氢的质量储氢效率比高压气态储氢高,适宜储存空间和质量有限的运载场合,但液氢容易蒸发,需在储运时做好绝热。 固态储氢性能与材料息息相关,可以分为物理吸附储氢和化学吸附储氢。 氢能应用具有多转换性的特点,应用的主要方式有直接燃烧、通过燃料电池转化为电能和化学反应。 氢能的中游储运方式可分为氢的高压气态储运、低温液态储运及固态储运三类。 总结与展望 由于盐穴储氢具有低的渗透率,良好的蠕变,低垫气量等特点,是储氢的新途径之一。如中盐集团联合梅生伟教授团队在国内开展的盐穴储氢研究。 利用太阳能产生的电能用于电解水产生氢能、并将二氧化碳加氢转化为“绿色”甲醇等液体燃料。如中国科学院大连化物所的李灿院士团队提出的“液态阳光”概念,提供了一条可再生能源到绿色液体燃料生产的新途径。 对于氢能的综合利用,还可以全方位的考虑,如青海大学梅生伟教授团队提出在青海省龙羊峡水库开展光-水-氢-渔协同能源生态系统,将电解制氢过程中的副产品氧气应用于冷水鱼养殖中。 第一页为本章的内容概况 * 5.2 氢气制备与纯化 在恒压下逐步降低混合气体的温度,随着温度的降低,沸点高的杂质气体会先冷凝,而由于氢气的沸点较低,不会先冷凝,从而实现分离。 低温分离法的原理及特点 (1)基本原理 (2)基本过程 首先除去混合气体中CO2、H2S、H2O等杂质; 随后降温。 (3)特点 氢气的回收率较高。 工艺流程需要使用气体压缩机及冷却设备,导致提纯能耗较高。 5.2 氢气制备与纯化 在有催化剂的条件下,H2与杂质气体发生化学反应来实现提纯. 催化脱氧法的原理及特点 (1)基本原理 (2)分类 采用贵金属催化剂,利用H2和O2反应首先生成水,随后使用分子筛吸水。 (3)特点 纯化原理及操作简单、设备成本也相对较低。 去除杂质气体会产生H2O和CO,导致化学反应催化剂易失活。 采用Cu、Mn、Ag等金属作为还原剂,再利用金属的氧化还原反应去除氧。 5.2 氢气制备与纯化 储氢合金在降温升压时可以吸收氢,而在升温减压时可以释放氢。因此储氢合金也可以被用来纯化氢气。 金属氢化物分离法的原理及特点 (1)基本原理 (2)基本过程 催化剂的作用下,氢分子首先分解称为氢原子; 氢原子扩散到合金晶格内的间隙中; (3)特点 氢纯度高、操作简单、能耗低。 纯化材料失活,氢处理量较小,提纯能耗较高。 当对合金进行加热时,氢原子被晶格释放后结合成为氢气分子,且纯度可达99.9999%。 5.2 氢气制备与纯化 一定温度下,钯几乎阻挡了其他所有气体,只允许氢气透过。 金属膜扩散法的原理及特点 (1)基本原理 (2)特点 产出氢气纯度高、氢气回收率高、几乎没有氢气损耗、钯合金膜抗杂质气体的毒化能力强; 生产成本高,同时其透氢速率过低,导致产量小,因此限制了其大规模工业应用。 5.2 氢气制备与纯化 一定压力下,不同气体通过聚合物膜的扩散速率不同,从而实现分离氢气。 聚合物膜扩散法的原理及特点 (1)基本原理 (3)特点 操作简单、适用范围较为广、氢气回收率较高; 回收压力较低; 一般可以与变压吸附法或低温分离法联合使用,从而产生最好的效果。 (2)发展历程 1965年,杜邦公司使用聚合物膜; 1979年,孟山都公司研制出中空纤维膜分离器; 5.3 氢气储存 氢相图 氢的三相共存温度为13.803K,在1bar的压强下,氢的沸点为20K,因此,在常温常压下,氢为气态。 减小氢分子间的键合作用从而减小分子间斥力,可实现氢密度的增加。 增加氢密度的本质 氢储存的分类 高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢 氢储存的特点 氢的密度为0.089 kg/m3,而储存能量含量与汽油相当的氢气,所需容积为汽油的3000倍。 通过增加氢的密度进一步减小氢的储存体积是增加其储存效率的重要手段。 5.3 氢气储存 高压气态储氢原理 (1)理想气体状态方程 氢气高压存储原理 (5-17) (5-20) (2)理想气体状态方程的修正 (5-18) (5-19) (3)简化的氢气状态方程 5.3 氢气储存 高压氢气的储存容器 高压储氢容器技术的发展先后经历了金属

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