『壹』 制氫的研究現狀和發展前景
化石燃料有限的儲量使人類正面臨著前所未有的能源危機。同時其燃燒產物被排放到大氣中加速了溫室效應。氫氣具有含量豐富、燃燒熱值高、能量密度大、熱效率高、清潔無污染以及輸送成本低以及用途廣泛等優點川,被認為最有可能成為化石燃料的替代能源。 氫氣是一種理想的能源,具有轉化率高、可再生和無污染等優點。與傳統制氫方法相比,生物制氫技術的能耗低,對環境無害,其中的厭氧發酵生物制氫已經越來越受到人們的重視。主要介紹了厭氧發酵生物制氫技術的方法和機理,分析了生物制氫的可行性,結合國內外研究現狀提出了未來的發展方向。 全球石油儲量不斷減少。最新研究表明:按目前全球消費趨勢,球上可採集石油資源最多能使用到21世紀末。石化、燃煤能源使用,還帶來嚴重大氣環境污染,人們日益感覺到開發綠色可再生能源急迫性,研究和開發新能源被提到緊迫議事日程。2000年7—8月美國《未來學家》雜志刊登了美國喬治·華盛頓大學專家對21世紀前10年內十大科技發展趨勢預測,其中第二條是燃料電池汽車問世,福特和豐田公司實驗性燃料電池汽車將2004年上市。第九條是替代能源挑戰石油能源,風能、太陽能、熱、生物能和水力發電將佔到全部能源需求30%。這兩條實際上都是新型能源開發利用。我國「十五」國家重點開發技術項目中也將新型能源開發利用放極為重要位置。目前,人們對風能、太陽能開發已經有了相當研究,並已到了進行加以直接使用階段,生物能研究也取了重要進展,如何將所獲能量儲存起來,如何將能量轉化為交通工具可利用清潔高效能源,是一亟待解決重要課題。 內容摘要
2生物制氮技術研究進展
2.1傳統制氫工藝方法
傳統制氫工藝方法有:電解水;烴類水蒸汽重整制氫方法及重油(或渣油)部分氧化重整制氫方法。電解水方法制氫是目前應用較廣且比較成熟方法之一。水為原料制氫工程是氫與氧燃燒生成水逆過程,提供一定形式一定能量,則可使水分解成氫氣和氧氣。提供電能使水分解制氫氣效率一般75%-85%。其中工藝過程簡單,無污染,但消耗電量大,其應用受到一定限制。目前電解水工藝、設備均不斷改進,但電解水制氫能耗仍然很高。烴類水蒸汽重整制氫反應是強吸熱反應,反應時需外部供熱。熱效率較低,反應溫度較高,反應過程中水大量過量,能耗較高,造成資源浪費。重油氧化制氫重整方法,反應溫度較高,制氫純度低,利於能源綜合利用。
2.2新型生物制氫工藝發展
氫氣用途日益廣泛,其需求量也迅速增加。傳統制氫方法均需消耗大量不可再生能源,不適應社會發展需求。生物制氫技術作為一種符合可持續發展戰略課題,已世界上引起了廣泛重視。如德國、以色列、日本、葡萄牙、俄羅斯、瑞典、英國、美國都投入了大量人力物力對該項技術進行研究開發。近幾年,美國每年生物制氫技術研究費用平均為幾百萬美元,而日本這研究領域每年投資則是美國5倍左右,,日本和美國等一些國家為此還成立了專門機構,並建立了生物制氫發展規劃,以期對生物制氫技術基礎和應用研究,使21世紀中葉使該技術實現商業化生產。日本,由能源部主持氫行動計劃,確立最終目標是建立一個世界范圍能源網路,以實現對可再生能源--氫有效生產,運輸和利用。該計劃從1993年到2020年橫跨了28年。
生物制氫課題最先由Lewis於1966年提出,20世紀70年代能源危機引起了人們對生物制氫廣泛關注,並開始進行研究。生物質資源豐富,是重要可再生能源。生物質可氣化和微生物催化脫氫方法制氫。生理代謝過程中產生分子氫,可分為兩個主要類群:
l、包括藻類和光合細菌內光合生物;Rhodbacter8604,R.monas2613,R.capsulatusZ1,R.sphaeroides等光合生物研究已經開展並取了一定成果。
2、諸如兼性厭氧和專性厭氧發酵產氫細菌。目前以葡萄糖,污水,纖維素為底物並不斷改進操作條件和工藝流程研究較多。中國此方面研究也取了一些進展,任南形琪等1990年就開始開展生物制氫技術研究,並於1994年提出了以厭氧活性污泥為氫氣原料有機廢水發酵法制氫技術,利用碳水化合物為原料發酵法生物制氫技術。該技術突破了生物制氫技術必須採用純菌種和固定技術局限,開創了利用非固定化菌種生產氫氣新途徑,並首次實現了中試規模連續流長期生產持續產氫。此基礎上,他們又先後發現了產氫能力很高乙醇發酵類型發明了連續流生物制氫技術反應器,初步建立了生物產氫發酵理論,提出了最佳工程式控制制對策。該項技術和理論成果中試研究中到了充分驗證:中試產氫能力達5.7m3H2/m3.d,制氫規模可達500-1000m3/m3,且生產成本明顯低於目前廣泛採用水電解法制氫成本。
生物制氫過程可以分為5類:
(1)利用藻類青藍菌生物光解水法;
(2)有機化合物光合細菌(PSB)光分解法;
(3)有機化合物發酵制氫;
(4)光合細菌和發酵細菌耦合法制氫;
(5)酶催化法制氫。
目前發酵細菌產氫速率較高,對條件要求較低,具有直接應用前景。但PSB光合產氫速率比藻類快,能量利用率比發酵細菌高,且能將產氫與光能利用、有機物去除有機耦合一起,相關研究也最多,也是最具有潛應用前景方法之一。生物制氫全過程中,氫氣純化與儲存也是一個很關鍵問題。生物法制氫氣含量通常為60%-90%(體積分數),氣體中可能混有CO2、O2和水蒸氣等。可以採用傳統化工方法來,如50%(質量分數)KOH溶液、苯三酚鹼溶液和乾燥器或冷卻器。氫氣幾種儲存方法(壓縮、液化、金屬氫化物和吸附)中,納米材料吸附儲氫是目前被認為最有前景。
2.3目前研究中存問題縱觀生物技術研究各階段,比較而言,對藻類及光合細菌研究要遠多於對發酵產氫細菌研究。傳統觀點認為,微生物體內產氫系統(主氫化酶)很不穩定,進行細胞固定化才可能實現持續產氫。,迄今為止,生物制氫研究中大多採用純菌種固定化技術。
,該技術中也有不可忽視不足。首先,細菌包埋技術是一種很復雜工藝,且要求有與之相適應菌種生產及菌體固定化材料加工工藝,這使制氫成本大幅度增加;第二,細胞固定化形成顆粒內部傳質阻力較大,使細胞代謝產物顆粒內部積累而對生物產生反饋抑制和阻遏作用,使生物產氫能力降低;第三,包埋劑或其它基質使用,勢必會占據大量有效空間,使生物反應器生物持有量受到限制,限制了產氫率和總產量提高。現有研究大多為實驗室內進行小型試驗,採用批式培養方法居多,利用連續流培養產氫報道較少。試驗數據亦為短期試驗結果,連續穩定運行期超過40天研究實例少見報道。即便是瞬時產氫率較高,長期連續運行能否獲較高產氫量尚待探討。,生物技術欲達到工業化生產水平尚需多年努力。
3、展望氫是高效、潔凈、可再生二次能源,其用途越來越廣泛,氫能應用將勢不可當進人社會生活各個領域。氫能應用日益廣泛,氫需求量日益增加,開發新制氫工藝勢必行,從氫能應用長遠規劃來看開發生物制氫技術是歷史發展必然趨勢。
開發中國生物制氫技術需要做到以下政策和軟體支持:
(1)勵大宣傳。人是生物能源生產主體和消費主體,有必要輿論宣傳加強人們對生物能源認識;
(2)加大政府投資和扶持。新生物能源初始商業化階段要進行減免稅等優惠政策;
(3)借鑒國外經驗。充分調動方和工業界積極性八
(4)加強高校對生物能源教育及研究。人們對生物能源認識不斷加深,政府扶持力度加大和研究深人,生物制氫綠色能源生產技術將會展現出它更大開發潛力和應用價值。
本文出自:廣州靈龍電子技術有限公司,制氫、氫燃料電池(www.liongon.com)
『貳』 現在氫能源的市場如何建個制氫的廠子大約需要多少投入電解水的廠子
氫能源的市場不好,不建議你建設。一般的氫能源電解水成本非常的高,而你產出內的氫氣用戶可能根本就容不需要,因為對於他們來說,燃煤也可以達到一樣的效果。雖然污染大,但是治理污染花的錢也比用氫氣花的錢少。電解需要的電力巨大,資金也很多。不建議建設。
『叄』 太陽能制氫的熱化學法制氫
太陽能直接熱分解水制氫是最簡單的方法,就是利用太陽能聚光器收集太陽能直接加熱水,使其達到2500K(3000K以上)以上的溫度從而分解為氫氣和氧氣的過程。這種方法的主要問題是:①高溫下氫氣和氧氣的分離;②高溫太陽能反應器的材料問題。溫度越高,水的分解效率越高,到大約4700K時,水分解反應的吉布斯函數變接近與零。但是,與此同時上述的兩個問題也越難於解決。正是由於這個原因,使得這種方法在1971年Ford和Kane 提出來以後發展比較緩慢。隨著聚光技術和膜科學技術的發展,這種方法又重新激起了科學家的研究熱情。Abraham Kogan教授從理論和試驗上對太陽能直接熱分解水制氫技術可行性進行了論證,並對如何提高高溫反應器的制氫效率和開發更為穩定的多孔陶瓷膜反應器進行了研究。如果在水中加入催化劑,使水的分解過程按多步進行,就可以大大降低加熱的溫度。由於催化劑可以反復使用,因此這種制氫方法又叫熱化學循環法。目前,科學家們已研究出100多種利用熱化學循環制氫的方法,所採用的催化劑為鹵族元素、某些金屬及其化合物、碳和一氧化碳等。熱化學循環法可在低於1000K的溫度下制氫,制氫效率可達50%左右,所需熱量主要來自核能和太陽能,為了適應未來大規模工業制氫的需要,科學家們正在研究催化劑對環境的影響、新的耐腐蝕材料、以及氧和重水等副產品的綜合利用等課題。許多專家認為,熱化學循環法是很有發展前景的制氫方法。
『肆』 最理想的制氫方法是什麼
一、電解水制氫
多採用鐵為陰極面,鎳為陽極面的串聯電解槽(外形似壓濾機)來電解苛性鉀或苛性鈉的水溶液。陽極出氧氣,陰極出氫氣。該方法成本較高,但產品純度大,可直接生產99.7%以上純度的氫氣。這種純度的氫氣常供:①電子、儀器、儀表工業中用的還原劑、保護氣和對坡莫合金的熱處理等,②粉末冶金工業中制鎢、鉬、硬質合金等用的還原劑,③製取多晶硅、鍺等半導體原材料,④油脂氫化,⑤雙氫內冷發電機中的冷卻氣等。像北京電子管廠和科學院氣體廠就用水電解法制氫。
二、水煤氣法制氫
用無煙煤或焦炭為原料與水蒸氣在高溫時反應而得水煤氣(C+H2O→CO+H2—熱)。凈化後再使它與水蒸氣一起通過觸媒令其中的CO轉化成CO2(CO+H2O→CO2+H2)可得含氫量在80%以上的氣體,再壓入水中以溶去CO2,再通過含氨蟻酸亞銅(或含氨乙酸亞銅)溶液中除去殘存的CO而得較純氫氣,這種方法制氫成本較低產量很大,設備較多,在合成氨廠多用此法。有的還把CO與H2合成甲醇,還有少數地方用80%氫的不太純的氣體供人造液體燃料用。像北京化工實驗廠和許多地方的小氮肥廠多用此法。
三、由石油熱裂的合成氣和天然氣制氫
石油熱裂副產的氫氣產量很大,常用於汽油加氫,石油化工和化肥廠所需的氫氣,這種制氫方法在世界上很多國家都採用,在我國的石油化工基地如在慶化肥廠,渤海油田的石油化工基地等都用這方法制氫氣
也在有些地方採用(如美國的Bay、way和Batan Rougo加氫工廠等)。
四、焦爐煤氣冷凍制氫
把經初步提凈的焦爐氣冷凍加壓,使其他氣體液化而剩下氫氣。此法在少數地方採用(如前蘇聯的Ke Mepobo工廠)。
五、電解食鹽水的副產氫
在氯鹼工業中副產多量較純氫氣,除供合成鹽酸外還有剩餘,也可經提純生產普氫或純氫。像化工二廠用的氫氣就是電解鹽水的副產。
六、釀造工業副產
用玉米發酵丙酮、丁醇時,發酵罐的廢氣中有1/3以上的氫氣,經多次提純後可生產普氫(97%以上),把普氫通過用液氮冷卻到—100℃以下的硅膠列管中則進一步除去雜質(如少量N2)可製取純氫(99.99%以上),像北京釀酒廠就生產這種副產氫,用來燒制石英製品和供外單位用。
七、鐵與水蒸氣反應制氫
但品質較差,此系較陳舊的方法現已基本淘汰。
『伍』 傳統制氫技術是什麼
在人類抄生存的地球上,雖襲然氫是最豐富的元素,但自然氫的存在極少,因此必須將含氫物質處理後方能得到氫氣。氫能是一種二次能源,要開發利用這種理想的清潔能源,必須首先開發氫源,即研究開發各種制氫的方法。氫能屬於二次能源,可以由各種一次能源提供,其中包括礦物燃料、核能、太陽能、水能、風能及海洋能等。
含氫最豐富的物質是水,其次就是各種礦物質燃料,主要是煤、石油、天然氣以及各種生物質等,因此從長遠看,以水為原料製取氫氣是最有前途的方法,原料取之不盡,而且氫燃燒釋放出能量後又生成產物水,不會對環境造成污染、各種礦物燃料制氫是目前制氫的最主要方法,但其儲量有限,並且在制氫過程中不但耗費能源,而且還會對環境造成污染。目前其他各類含氫物質轉化制氫的方法尚處於次要地位,有的正在研究開發,但隨著氫能應用范圍的擴大,對氫源要求不斷增加,也不失為一種提供氫源的方法。目前從大的方面講,制氫技術既有傳統的方法,又有一些新的方法。當然,隨著科技的發展,還將會有其他的新的制氫方法不斷問世。
傳統的制氫技術主要有5種,即水電解制氫、礦物燃料制氫、生物質制氫、太陽能制氫以及光化學制氫。具體如下:
『陸』 1000標方甲醇制氫的裝置投資有多大
甲醇制氫裝置的配置是決定投資的重要因素,以及對制氫的能耗要求也是回決定製答氫裝置投資成本的主要因素。
投資每增加100萬元,對制氫成本的影響僅為0.125元/Nm3-H2。
而每增加原料和燃料消耗0.1kg/Nm3-H2,則制氫成本將增加0.2元/Nm3-H2。
同時,制氫過程中的消耗指標,需要精確的儀表控制;如採用普通儀表,基本僅能作為參考而已,此時也無法測算精確的氫氣生產成本。
國內很多客戶,在裝置籌建期間,往往忽略了生產成本,僅關注投資額(都希望投資越低越好)。
實際上,生產成本的居高不下,是長年累月的,損失是無法估算的。
『柒』 請問目前國內大型水電解制氫設備製造廠家有哪些比較好
目前國內主要有三家(市場佔有額:97%以上)從北往南:天津大陸(1994),邯鄲718制氫回部,蘇州競立(1992)。答
其中天津市場占據相對較小,基本上大型設備被其他兩家分掉。還有一些新成立代理國外設備和維修的公司,這里就不提供了,不具備與以上三家競爭的實力。
三家優勢各有所長,您可以親自實地參考,國內招投標基本上也是這三家,不過聽說蘇州競立在四川有辦事處專門提供售後服務,這個你可以親自去查看。
『捌』 哪一種制氫方法最便宜
你可以考慮鋁和強酸、強鹼的反應制氫氣,電解水制氫氣,水煤氣法制氫氣等
『玖』 太陽能制氫,究竟有多大發展空間
金風玉露一相逢,便勝卻人間無數。在能源領域,太陽能與氫能的結合,成為了人們為之期盼的佳話,並越發火熱。
比較成熟、有前景的利用太陽能生產氫氣系統有兩個:太陽能發電+電解水組合制氫、光分解制氫。
太陽能發電+電解水組合制氫,實際上就是通過將太陽能轉換成電能,然後再用電能分解氫。目前,光伏發電和電解水這兩項技術都比較成熟,形成產業較為容易。
電解水制氫
目前,光伏產業已經成為了清潔能源的代表之一,在我國和國際的能源轉型中扮演著重要的角色。光伏發電也在經歷了發展初期後,發電成本大度降低,發電量巨大。僅我國2019年上半年的光伏發電量便達到了1067.3億千瓦時的規模。
目前,氫能主要應用在煉油業、新能源汽車以及清潔能源發電等終端市場,且需求量快速增長。因此制氫產業越發得到重視,各個細分領域也迎來了發展契機。
華夏能源網查詢相關數據顯示,中國2018年氫氣產量約為2100萬噸,換算熱值占終端能源總量的份額為2.7%;預計2019年我國氫氣需求約2200萬噸。預測顯示,2030年中國將處於氫能市場發展中期,氫氣年均需求將達到3500萬噸,預計到2050 年,處於氫能市場發展遠期的中國氫氣需求量將達到6000萬噸,換算熱值占終端能源總量的份額達到10%。
太陽能制氫作為制氫的未來發展方向,還需技術、配套建設、市場化運作等諸多考驗與耐心。
『拾』 電解水制氫電流電壓在多少制氫有多有快
當然電壓來/電流大,產生自氣體速率越快.主要是電流決定速率.電流越大單位時間內通過水液的電子越多,也就是電子轉移速度快,從而反應速率增大.
在水裡加硫酸可以增加水的導電能力,即減小電阻增大電流,反應速度變快.純水導電性很差的.
一般來說電解水製取氧氣使用的是直流電.要使用家庭電路的話整流大概是必須的.倍壓整流同時還能增大電壓,可以增加反應速率.但貌似要注意安全...我不太懂倍壓整流的原理...
用交流電有可能會出現混氣的情況