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燃料电池系列科普报告----制氢
我国燃料电池基础设施建设进入加速期,为燃料电池汽车商业化做好充分准备。加氢基础设施是燃料电池发展的重要保障,氢气的低成本输运也是需要重点攻克的难题,适合燃料电池汽车的高纯度氢气来源也是重要问题。
本文将主要介绍燃料电池的必要材料氢气的制取过程,并分析对比不同方法之间的优劣性。
思考的问题:
1、工业制氢的方法有哪些,他们的原理分别是什么?
2、每种方法各自的优缺点是什么?最优适应情形是如何的?
重要结论
工业制氢包括很多种方法,但都存在着各自的优势和局限性。综合目前工业制氢方式的优劣势及成本考虑,如果用氢装置附近有丰富的焦炉气资源,焦炉气制氢技术是首选的工艺技术方案。我国目前燃料电池车用氢气的实践,焦炉气制氢技术同样是首选。但焦炉气制氢严重收到焦炉气资源的限制。在未来能源结构调整中,焦炉气产量下降,氢气需求猛增,届时焦炉气制氢将难以继续使用。因此,目前工业制氢尚无最佳方案,仍然有待研发。
1、工业制氢方法众多
氢气不仅是重要的工业原料和还原剂,也是燃料电池的必要燃料。随着燃料电池的推广和普及,燃料电池汽车进入成熟市场,氢的消耗量也会以惊人的速度增加。目前工业制氢主要有几种方法:一是采用化石燃料制取氢气;二是从化工副产物中提取氢气;三是采用采用来自生物的甲醇甲烷制取氢气,四是利用太阳能、风能等自然能量进行水的电解。
1.1化石燃料制氢
化石燃料制氢是传统的制氢方法,也是制氢的老工艺,但仍然离不开对化石燃料的依赖,并且会排出二氧化碳等温室气体,导致燃料电池环保价值降低。一般用于制氢的化石燃料是天然气。天然气制氢的过程是:在一定的压力和一定的高温及催化剂作用下,天然气中烷烃和水蒸汽发生化学反应。转化气经过沸锅换热、进人变换炉使C0变换成H2和CO2。再经过换热、冷凝、汽水分离,通过程序控制将气体依序通过装有3种特定吸附剂的吸附塔,由变压吸附(PSA)升压吸附N2、CO、CH4、CO2,提取产品氢气。
1.2工业副产物制氢
焦炉气制氢技术是采用变压吸附的工艺,从炼焦行业副产的焦炉气中提取纯氢。其基本原理是利用固体吸附剂对气体的吸附具有选择性,以及气体在吸附剂上的吸附量随其分压的降低而减少的特性,实现气体混合物的分离和吸附剂的再生,达到提纯制氢的目的。
1.3生物原料制氢
甲醇裂解制氢的工艺过程是甲醇和除盐水按一定的配比混合,加热至270℃左右的混合物蒸汽,在催化剂(Cu-Zn-Al)或者(Cu-Zn-Cr)的作用下,发生催化裂解和转化反应。
1.4电解水制氢
氢气还能够通过传统的电解水法获得,但这种方法由于能耗过高,除已建成装置外,已少有新建装置。
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