『壹』 制氢的研究现状和发展前景
化石燃料有限的储量使人类正面临着前所未有的能源危机。同时其燃烧产物被排放到大气中加速了温室效应。氢气具有含量丰富、燃烧热值高、能量密度大、热效率高、清洁无污染以及输送成本低以及用途广泛等优点川,被认为最有可能成为化石燃料的替代能源。 氢气是一种理想的能源,具有转化率高、可再生和无污染等优点。与传统制氢方法相比,生物制氢技术的能耗低,对环境无害,其中的厌氧发酵生物制氢已经越来越受到人们的重视。主要介绍了厌氧发酵生物制氢技术的方法和机理,分析了生物制氢的可行性,结合国内外研究现状提出了未来的发展方向。 全球石油储量不断减少。最新研究表明:按目前全球消费趋势,球上可采集石油资源最多能使用到21世纪末。石化、燃煤能源使用,还带来严重大气环境污染,人们日益感觉到开发绿色可再生能源急迫性,研究和开发新能源被提到紧迫议事日程。2000年7—8月美国《未来学家》杂志刊登了美国乔治·华盛顿大学专家对21世纪前10年内十大科技发展趋势预测,其中第二条是燃料电池汽车问世,福特和丰田公司实验性燃料电池汽车将2004年上市。第九条是替代能源挑战石油能源,风能、太阳能、热、生物能和水力发电将占到全部能源需求30%。这两条实际上都是新型能源开发利用。我国“十五”国家重点开发技术项目中也将新型能源开发利用放极为重要位置。目前,人们对风能、太阳能开发已经有了相当研究,并已到了进行加以直接使用阶段,生物能研究也取了重要进展,如何将所获能量储存起来,如何将能量转化为交通工具可利用清洁高效能源,是一亟待解决重要课题。 内容摘要
2生物制氮技术研究进展
2.1传统制氢工艺方法
传统制氢工艺方法有:电解水;烃类水蒸汽重整制氢方法及重油(或渣油)部分氧化重整制氢方法。电解水方法制氢是目前应用较广且比较成熟方法之一。水为原料制氢工程是氢与氧燃烧生成水逆过程,提供一定形式一定能量,则可使水分解成氢气和氧气。提供电能使水分解制氢气效率一般75%-85%。其中工艺过程简单,无污染,但消耗电量大,其应用受到一定限制。目前电解水工艺、设备均不断改进,但电解水制氢能耗仍然很高。烃类水蒸汽重整制氢反应是强吸热反应,反应时需外部供热。热效率较低,反应温度较高,反应过程中水大量过量,能耗较高,造成资源浪费。重油氧化制氢重整方法,反应温度较高,制氢纯度低,利于能源综合利用。
2.2新型生物制氢工艺发展
氢气用途日益广泛,其需求量也迅速增加。传统制氢方法均需消耗大量不可再生能源,不适应社会发展需求。生物制氢技术作为一种符合可持续发展战略课题,已世界上引起了广泛重视。如德国、以色列、日本、葡萄牙、俄罗斯、瑞典、英国、美国都投入了大量人力物力对该项技术进行研究开发。近几年,美国每年生物制氢技术研究费用平均为几百万美元,而日本这研究领域每年投资则是美国5倍左右,,日本和美国等一些国家为此还成立了专门机构,并建立了生物制氢发展规划,以期对生物制氢技术基础和应用研究,使21世纪中叶使该技术实现商业化生产。日本,由能源部主持氢行动计划,确立最终目标是建立一个世界范围能源网络,以实现对可再生能源--氢有效生产,运输和利用。该计划从1993年到2020年横跨了28年。
生物制氢课题最先由Lewis于1966年提出,20世纪70年代能源危机引起了人们对生物制氢广泛关注,并开始进行研究。生物质资源丰富,是重要可再生能源。生物质可气化和微生物催化脱氢方法制氢。生理代谢过程中产生分子氢,可分为两个主要类群:
l、包括藻类和光合细菌内光合生物;Rhodbacter8604,R.monas2613,R.capsulatusZ1,R.sphaeroides等光合生物研究已经开展并取了一定成果。
2、诸如兼性厌氧和专性厌氧发酵产氢细菌。目前以葡萄糖,污水,纤维素为底物并不断改进操作条件和工艺流程研究较多。中国此方面研究也取了一些进展,任南形琪等1990年就开始开展生物制氢技术研究,并于1994年提出了以厌氧活性污泥为氢气原料有机废水发酵法制氢技术,利用碳水化合物为原料发酵法生物制氢技术。该技术突破了生物制氢技术必须采用纯菌种和固定技术局限,开创了利用非固定化菌种生产氢气新途径,并首次实现了中试规模连续流长期生产持续产氢。此基础上,他们又先后发现了产氢能力很高乙醇发酵类型发明了连续流生物制氢技术反应器,初步建立了生物产氢发酵理论,提出了最佳工程控制对策。该项技术和理论成果中试研究中到了充分验证:中试产氢能力达5.7m3H2/m3.d,制氢规模可达500-1000m3/m3,且生产成本明显低于目前广泛采用水电解法制氢成本。
生物制氢过程可以分为5类:
(1)利用藻类青蓝菌生物光解水法;
(2)有机化合物光合细菌(PSB)光分解法;
(3)有机化合物发酵制氢;
(4)光合细菌和发酵细菌耦合法制氢;
(5)酶催化法制氢。
目前发酵细菌产氢速率较高,对条件要求较低,具有直接应用前景。但PSB光合产氢速率比藻类快,能量利用率比发酵细菌高,且能将产氢与光能利用、有机物去除有机耦合一起,相关研究也最多,也是最具有潜应用前景方法之一。生物制氢全过程中,氢气纯化与储存也是一个很关键问题。生物法制氢气含量通常为60%-90%(体积分数),气体中可能混有CO2、O2和水蒸气等。可以采用传统化工方法来,如50%(质量分数)KOH溶液、苯三酚碱溶液和干燥器或冷却器。氢气几种储存方法(压缩、液化、金属氢化物和吸附)中,纳米材料吸附储氢是目前被认为最有前景。
2.3目前研究中存问题纵观生物技术研究各阶段,比较而言,对藻类及光合细菌研究要远多于对发酵产氢细菌研究。传统观点认为,微生物体内产氢系统(主氢化酶)很不稳定,进行细胞固定化才可能实现持续产氢。,迄今为止,生物制氢研究中大多采用纯菌种固定化技术。
,该技术中也有不可忽视不足。首先,细菌包埋技术是一种很复杂工艺,且要求有与之相适应菌种生产及菌体固定化材料加工工艺,这使制氢成本大幅度增加;第二,细胞固定化形成颗粒内部传质阻力较大,使细胞代谢产物颗粒内部积累而对生物产生反馈抑制和阻遏作用,使生物产氢能力降低;第三,包埋剂或其它基质使用,势必会占据大量有效空间,使生物反应器生物持有量受到限制,限制了产氢率和总产量提高。现有研究大多为实验室内进行小型试验,采用批式培养方法居多,利用连续流培养产氢报道较少。试验数据亦为短期试验结果,连续稳定运行期超过40天研究实例少见报道。即便是瞬时产氢率较高,长期连续运行能否获较高产氢量尚待探讨。,生物技术欲达到工业化生产水平尚需多年努力。
3、展望氢是高效、洁净、可再生二次能源,其用途越来越广泛,氢能应用将势不可当进人社会生活各个领域。氢能应用日益广泛,氢需求量日益增加,开发新制氢工艺势必行,从氢能应用长远规划来看开发生物制氢技术是历史发展必然趋势。
开发中国生物制氢技术需要做到以下政策和软件支持:
(1)励大宣传。人是生物能源生产主体和消费主体,有必要舆论宣传加强人们对生物能源认识;
(2)加大政府投资和扶持。新生物能源初始商业化阶段要进行减免税等优惠政策;
(3)借鉴国外经验。充分调动方和工业界积极性八
(4)加强高校对生物能源教育及研究。人们对生物能源认识不断加深,政府扶持力度加大和研究深人,生物制氢绿色能源生产技术将会展现出它更大开发潜力和应用价值。
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『贰』 现在氢能源的市场如何建个制氢的厂子大约需要多少投入电解水的厂子
氢能源的市场不好,不建议你建设。一般的氢能源电解水成本非常的高,而你产出内的氢气用户可能根本就容不需要,因为对于他们来说,燃煤也可以达到一样的效果。虽然污染大,但是治理污染花的钱也比用氢气花的钱少。电解需要的电力巨大,资金也很多。不建议建设。
『叁』 太阳能制氢的热化学法制氢
太阳能直接热分解水制氢是最简单的方法,就是利用太阳能聚光器收集太阳能直接加热水,使其达到2500K(3000K以上)以上的温度从而分解为氢气和氧气的过程。这种方法的主要问题是:①高温下氢气和氧气的分离;②高温太阳能反应器的材料问题。温度越高,水的分解效率越高,到大约4700K时,水分解反应的吉布斯函数变接近与零。但是,与此同时上述的两个问题也越难于解决。正是由于这个原因,使得这种方法在1971年Ford和Kane 提出来以后发展比较缓慢。随着聚光技术和膜科学技术的发展,这种方法又重新激起了科学家的研究热情。Abraham Kogan教授从理论和试验上对太阳能直接热分解水制氢技术可行性进行了论证,并对如何提高高温反应器的制氢效率和开发更为稳定的多孔陶瓷膜反应器进行了研究。如果在水中加入催化剂,使水的分解过程按多步进行,就可以大大降低加热的温度。由于催化剂可以反复使用,因此这种制氢方法又叫热化学循环法。目前,科学家们已研究出100多种利用热化学循环制氢的方法,所采用的催化剂为卤族元素、某些金属及其化合物、碳和一氧化碳等。热化学循环法可在低于1000K的温度下制氢,制氢效率可达50%左右,所需热量主要来自核能和太阳能,为了适应未来大规模工业制氢的需要,科学家们正在研究催化剂对环境的影响、新的耐腐蚀材料、以及氧和重水等副产品的综合利用等课题。许多专家认为,热化学循环法是很有发展前景的制氢方法。
『肆』 最理想的制氢方法是什么
一、电解水制氢
多采用铁为阴极面,镍为阳极面的串联电解槽(外形似压滤机)来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气,阴极出氢气。该方法成本较高,但产品纯度大,可直接生产99.7%以上纯度的氢气。这种纯度的氢气常供:①电子、仪器、仪表工业中用的还原剂、保护气和对坡莫合金的热处理等,②粉末冶金工业中制钨、钼、硬质合金等用的还原剂,③制取多晶硅、锗等半导体原材料,④油脂氢化,⑤双氢内冷发电机中的冷却气等。像北京电子管厂和科学院气体厂就用水电解法制氢。
二、水煤气法制氢
用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气(C+H2O→CO+H2—热)。净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO2(CO+H2O→CO2+H2)可得含氢量在80%以上的气体,再压入水中以溶去CO2,再通过含氨蚁酸亚铜(或含氨乙酸亚铜)溶液中除去残存的CO而得较纯氢气,这种方法制氢成本较低产量很大,设备较多,在合成氨厂多用此法。有的还把CO与H2合成甲醇,还有少数地方用80%氢的不太纯的气体供人造液体燃料用。像北京化工实验厂和许多地方的小氮肥厂多用此法。
三、由石油热裂的合成气和天然气制氢
石油热裂副产的氢气产量很大,常用于汽油加氢,石油化工和化肥厂所需的氢气,这种制氢方法在世界上很多国家都采用,在我国的石油化工基地如在庆化肥厂,渤海油田的石油化工基地等都用这方法制氢气
也在有些地方采用(如美国的Bay、way和Batan Rougo加氢工厂等)。
四、焦炉煤气冷冻制氢
把经初步提净的焦炉气冷冻加压,使其他气体液化而剩下氢气。此法在少数地方采用(如前苏联的Ke Mepobo工厂)。
五、电解食盐水的副产氢
在氯碱工业中副产多量较纯氢气,除供合成盐酸外还有剩余,也可经提纯生产普氢或纯氢。像化工二厂用的氢气就是电解盐水的副产。
六、酿造工业副产
用玉米发酵丙酮、丁醇时,发酵罐的废气中有1/3以上的氢气,经多次提纯后可生产普氢(97%以上),把普氢通过用液氮冷却到—100℃以下的硅胶列管中则进一步除去杂质(如少量N2)可制取纯氢(99.99%以上),像北京酿酒厂就生产这种副产氢,用来烧制石英制品和供外单位用。
七、铁与水蒸气反应制氢
但品质较差,此系较陈旧的方法现已基本淘汰。
『伍』 传统制氢技术是什么
在人类抄生存的地球上,虽袭然氢是最丰富的元素,但自然氢的存在极少,因此必须将含氢物质处理后方能得到氢气。氢能是一种二次能源,要开发利用这种理想的清洁能源,必须首先开发氢源,即研究开发各种制氢的方法。氢能属于二次能源,可以由各种一次能源提供,其中包括矿物燃料、核能、太阳能、水能、风能及海洋能等。
含氢最丰富的物质是水,其次就是各种矿物质燃料,主要是煤、石油、天然气以及各种生物质等,因此从长远看,以水为原料制取氢气是最有前途的方法,原料取之不尽,而且氢燃烧释放出能量后又生成产物水,不会对环境造成污染、各种矿物燃料制氢是目前制氢的最主要方法,但其储量有限,并且在制氢过程中不但耗费能源,而且还会对环境造成污染。目前其他各类含氢物质转化制氢的方法尚处于次要地位,有的正在研究开发,但随着氢能应用范围的扩大,对氢源要求不断增加,也不失为一种提供氢源的方法。目前从大的方面讲,制氢技术既有传统的方法,又有一些新的方法。当然,随着科技的发展,还将会有其他的新的制氢方法不断问世。
传统的制氢技术主要有5种,即水电解制氢、矿物燃料制氢、生物质制氢、太阳能制氢以及光化学制氢。具体如下:
『陆』 1000标方甲醇制氢的装置投资有多大
甲醇制氢装置的配置是决定投资的重要因素,以及对制氢的能耗要求也是回决定制答氢装置投资成本的主要因素。
投资每增加100万元,对制氢成本的影响仅为0.125元/Nm3-H2。
而每增加原料和燃料消耗0.1kg/Nm3-H2,则制氢成本将增加0.2元/Nm3-H2。
同时,制氢过程中的消耗指标,需要精确的仪表控制;如采用普通仪表,基本仅能作为参考而已,此时也无法测算精确的氢气生产成本。
国内很多客户,在装置筹建期间,往往忽略了生产成本,仅关注投资额(都希望投资越低越好)。
实际上,生产成本的居高不下,是长年累月的,损失是无法估算的。
『柒』 请问目前国内大型水电解制氢设备制造厂家有哪些比较好
目前国内主要有三家(市场占有额:97%以上)从北往南:天津大陆(1994),邯郸718制氢回部,苏州竞立(1992)。答
其中天津市场占据相对较小,基本上大型设备被其他两家分掉。还有一些新成立代理国外设备和维修的公司,这里就不提供了,不具备与以上三家竞争的实力。
三家优势各有所长,您可以亲自实地参考,国内招投标基本上也是这三家,不过听说苏州竞立在四川有办事处专门提供售后服务,这个你可以亲自去查看。
『捌』 哪一种制氢方法最便宜
你可以考虑铝和强酸、强碱的反应制氢气,电解水制氢气,水煤气法制氢气等
『玖』 太阳能制氢,究竟有多大发展空间
金风玉露一相逢,便胜却人间无数。在能源领域,太阳能与氢能的结合,成为了人们为之期盼的佳话,并越发火热。
比较成熟、有前景的利用太阳能生产氢气系统有两个:太阳能发电+电解水组合制氢、光分解制氢。
太阳能发电+电解水组合制氢,实际上就是通过将太阳能转换成电能,然后再用电能分解氢。目前,光伏发电和电解水这两项技术都比较成熟,形成产业较为容易。
电解水制氢
目前,光伏产业已经成为了清洁能源的代表之一,在我国和国际的能源转型中扮演着重要的角色。光伏发电也在经历了发展初期后,发电成本大度降低,发电量巨大。仅我国2019年上半年的光伏发电量便达到了1067.3亿千瓦时的规模。
目前,氢能主要应用在炼油业、新能源汽车以及清洁能源发电等终端市场,且需求量快速增长。因此制氢产业越发得到重视,各个细分领域也迎来了发展契机。
华夏能源网查询相关数据显示,中国2018年氢气产量约为2100万吨,换算热值占终端能源总量的份额为2.7%;预计2019年我国氢气需求约2200万吨。预测显示,2030年中国将处于氢能市场发展中期,氢气年均需求将达到3500万吨,预计到2050 年,处于氢能市场发展远期的中国氢气需求量将达到6000万吨,换算热值占终端能源总量的份额达到10%。
太阳能制氢作为制氢的未来发展方向,还需技术、配套建设、市场化运作等诸多考验与耐心。
『拾』 电解水制氢电流电压在多少制氢有多有快
当然电压来/电流大,产生自气体速率越快.主要是电流决定速率.电流越大单位时间内通过水液的电子越多,也就是电子转移速度快,从而反应速率增大.
在水里加硫酸可以增加水的导电能力,即减小电阻增大电流,反应速度变快.纯水导电性很差的.
一般来说电解水制取氧气使用的是直流电.要使用家庭电路的话整流大概是必须的.倍压整流同时还能增大电压,可以增加反应速率.但貌似要注意安全...我不太懂倍压整流的原理...
用交流电有可能会出现混气的情况