1、1 概述氢能是一种二次能源，最丰富的含氢物质是水H2O ，其次是各种矿物燃料煤、石油、天然气及各种生物质等。各种矿物燃料制氢， 因其制氢成本较其它物质制氢成本低， 是目前制氢的最主要方法。但矿物燃料储量有限， 且制氢过程会对环境能够造成污染。从长远看以水为原料制取氢气是最有前途的方法，原料取之不尽， 而且氢燃烧放出能量后又生成产物水，不造成环境污染。以煤为燃料制气生产合成氨、 甲醇等化工产品及生活煤气时，造气炉多以氧作为辅助气化剂。 氧气靠空分装置别离空气得到。电解水制氢气、氧气，氧气供造气炉用，氢气作为合成气使用。此流程能使氢、氧得到很好的使用。2 电解水制氢、氧水分解制氢是目前应用较广且很成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定的能量，则可使水分解。以水为原料制氢主要有：1 热化学循环法、 2光化学法、 3 电解法、 4 高 温水 热裂 法 制 氢等。热化学循环法制氢是利 用太 阳 能 或高 温 气 冷堆 原 子 能电 站 的 热 能 ， 使 反应 不 断循环 进行 ，到 达连 续制氢 的 目 的。光化学制氢是以水为原料，光催化分解制取氢

  2、气的方法。光催化过程是指含有催化剂的反应体系，在光照下由于有催化剂存在， 促使水解制得氢气。 水电解制氢是一种名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 1 较为方便的方法。 在充满电解质的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。高温水 热 裂 法 制 氢 ：将水 蒸汽 加 热300K 以 上，使 水 分子 热 裂 ，直 接 分 解成 氢 气和氧 气。水电解制氢是目前工业化制氢、氧所采用的最广泛的方法。电 解 水 制氢 ， 关 键 是耗 能 问题 。 以 电 能换 氢 能 ，成 本 很高。 日本 开 发 了高 温 加 压法 ， 将 电解 水 的 效率 提 高 到 75%；美国 建成 一 种 SPE 工业 装 置 ，能 量 效 率达 90%； 我国研 制 了双反 应器 制 氢 工艺 。先 进的 PEM电解 工 艺 ，是 一 种 可逆 的 电氢 转换 装 置 ，是 燃 料 电池 和 产 氢的电

  3、 解 槽的 统 一 ，总 转 换效率 可达 95%。 电解 水制 氢 的 电耗 一 般 为 4.5 5.5kwh/m3 。正 在 开 发 的 新 工 艺 有 : 固 体 电 解 质 电 解 水 制 氢 ， 可 简 化 流程，提 高 制 氢 效率 和 降 低能 耗 ；高温 水 蒸 汽电 解 工 艺，电 耗可降 低到 3kwh/ m3 。电解水制氢气的投资所需成本与其规模成正比，大型碱电池制氢系统的单位投资成本一般为400-600 美兀/kW, 电解水的规模可以大到11万千瓦。目前市场上的电解槽可大致分为三种: (1)碱性电解槽 (2) 质子交换膜电解槽 (3) 固体氧化物电解槽。碱性电解槽是最早商业化的电解槽技术 , 虽然其效率是三种电解槽中最低的, 但由于价格低 , 目前仍然被普遍的使用 , 尤其是在大规模制氢工业中。 碱性电解槽的缺点是效率较低和使用石棉作为隔膜. 石棉具有致癌性 , 很多国家已经提出要禁止石棉。 碱性电解槽中的使用。 质子交换膜电解槽由于转换名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 -

  4、- - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2 效率很高而成为很有发展前途的制氢装置. 由于采用很薄的固体电解质(PEM), 具有非常好的机械强度和化学稳定性, 并且欧姆损失较小 . 在日本 , 效率达94.4%的质子交换膜电解槽已经研制成功 11. 但由于质子交换膜 ( 目前常用的是由杜邦公司的Nafion) 和使用铂电极催化剂 , 价格昂贵 , 制约了其普遍的使用。固体氧化物电解槽(Solid Oxide Electrolyzer)是另一种新兴的电解槽技术。这种电解槽的缺点是工作在高温 , 给材料的选择带来了一定限制. 优点是较高的反应温度使得电化学反应中, 部分电能被热能代替 , 从而效率较高 , 尤其是当余热被汽轮机 , 制冷系统等回收利用时 , 系统效率可达 90% 。目前三种电解槽的成本分别为: 碱性电解槽 US$400-600/kW, PEM电解槽约 US$2000/kW, 固体氧化物电解槽约US$1000-1500/kW 。 电解水的规模可以大到11 万千瓦。考虑到投资所需成本及规模，本方案采用碱性电解槽。3 煤制氢、空分制氧煤制氢是，煤

  5、为燃料，氧气、水蒸汽为气化剂，在造气炉中生成含氢、一氧化碳、甲烷、二氧化碳的粗煤气。不同的造气炉各有优缺点。以碎煤熔渣气化炉为例，5-40mm的煤以氧、蒸汽为气化剂，在1300-1350pa 的条件下 , 生成的粗煤气中氢占33.4%,一氧化碳占33.5%,甲烷占 7.3%。根据生产的基本工艺的要求，一氧化碳经变换制得到氢，甲烷经转化制得氢。空分制氧是，空气经压缩、冷却、别离、精馏得到氧气和氮气。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 3 4 空分制氧与电解水制氧比较10000Nm3/ CO+H2/h 例，空分制氧供造气炉作为气化剂使用与电解水制氧供造气炉使用， 氢作为合成气两方案比较如下。空分制氧供造气炉作为气化剂使用，造气时10000Nm3/ CO+H2/h 需耗标煤6.2 t, 380V电 400Kwh,低压蒸汽 0.3 t,一次水 10t, 循环水 100 t,氧 2000 Nm3/ O2 。空分生产 2000

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