制氢技术综述&制氢技术路线选择
一、工业制氢技术综述
1.工业制氢方案
工业制氢方案很多，主要有以下几类：
（1）化石燃料制氢：天然气制氢、煤炭制氢等。
（2）富氢气体制氢：合成氨生产尾气制氢、炼油厂回收富氢气体制氢、氯碱厂回收副产氢制氢、焦炉煤气中氢的回收利用等。
（3）甲醇制氢：甲醇分解制氢、甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇部分氧化制氢、甲醇转化制氢。
（4）水解制氢：电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解?、高温电解、光电
解、生物光解、热化学水解。
（5）生物质制氢。
（6）生物制氢。
2.工业制氢方案对比选择
（1）煤炭制氢制取过程比天然气制氢复杂，得到的氢气成本也高。
（2）由于生物制氢、生物质制氢和富氢气体制氢等方法制取的氢气杂质含量高、纯度较低，不能达到GT等技术提供商的氢气纯度要求。
（3）国内多晶硅绝大多数都采用的是水电解制氢，只有中能用的是天然气制氢，而国外应用的更多是甲醇制氢，因此，我们重点选择以下三类方案进行对比：
（A）天然气制氢
（B）甲醇制氢
（C）水电解制氢3. 天然气制氢
（1）天然气部分氧化制氢因需要大量纯氧增加了昂贵的空分装置投资和制氧成本。
（2）天然气自热重整制氢由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应分步进行，因此反应器仍需耐高温的不修锈钢管做反应器，这就使得天然气自热重整反应过程具有装置投资高，生产能力低的特点。
（3）天然气绝热转化制氢大部分原料反应本质为部分氧化反应。
（4）天然气高温裂解制氢其关键问题是，所产生的碳能够具有特定的重要用途和广阔的市场前景。否则，若大量氢所副产的碳不能得到很好应用，必将限制其规模的扩大。
（5）天然气水蒸汽重整制氢，该工艺连续运行, 设备紧凑, 单系列能力较大, 原料费用较低。
因此选用天然气水蒸汽重整制氢进行方案对比。
4.甲醇制氢
（1）甲醇分解制氢，该反应是合成气制甲醇的逆反应，在低温时会产生少量的二甲醚。
（2）甲醇水蒸汽重整制氢，是甲醇制氢法中氢含量最高的反应。这种装置已经广泛使用于航空航天、精细化工、制药、小型石化、特种玻璃、特种钢铁等行业。
（3）甲醇部分氧化制氢，由于通入空气氧化，产品气中氮气和氧气的含量较高。
因此选用甲醇水蒸汽重整制氢进行方案对比。
5.水解制氢
（1）电解水制氢，技术成熟、设备简单、运行可靠、管理方便、不产生污染、可制得氢气纯度高、杂质含量少，适用于各种应用场合。目前国内多晶硅企业多用此工艺制氢。
（2）聚合电解质薄膜电解制氢，由于相对成本高、容量小、效率低和使用期短，技术目前尚不成熟。
（3）光电解制氢，实际是利用太阳能制氢。
（4）生物光解制氢，是一种生物制氢工程。
（5）热化学水解技术目前尚不成熟。
因此选用电解水制氢进行方案对比。
6.工业化制氢现状
三种制氢方案对比
1）天然气水蒸汽重整制氢
2）甲醇水蒸汽重整制氢
3）电解水制氢
大型制氢：天然气水蒸汽重整制氢占主导地位
特点：
1) 天然气既是原料气也是燃料气，无需运输，氢能耗低，消耗低，氢气成本最低。
2) 自动化程度高，安全性能高。
3) 天然气制氢投资较高，适合大规模工业化生产，一般制氢规模在5000Nm3/h以上时选择天然气制氢工艺更经济。
小型制氢、高纯氢采用电解水方法
（1）多年来，水电解制氢技术自开发以来一直进展不大，其主要原因是需要耗用大量的电能，电价的昂贵，使得世界上除个别地区外，用水电解制氢都不经济。
（2）电解水制氢，规模一般小于200 Nm3/h，是较成熟的制氢方法,由于它的电耗较高，达到5～8 kwh/Nm3 H2，其单位氢气成本较高。
甲醇水蒸汽重整制氢是中小型制氢的首选
1) 甲醇蒸汽重整制氢与大规模的天然气制氢或水电解制氢相比，投资省，能耗低。由于反应温度低（230℃～280℃），工艺条件缓和，燃料消耗也低。与同等规模的天然气制氢装置相比，甲醇蒸汽转化制氢的能耗约是前者的50%。
2)甲醇蒸汽重整制氢所用的原料甲醇易得，运输，储存方便。而且由于所用的原料甲醇纯度高，不需要再进行净化处理，反应条件温和，流程简单，故易于操作。
7.氢气的提纯方法
深冷吸附和变压吸附提纯氢气
目前制备高纯氢多用变压吸附的方法进行提纯氢气。
变压吸附可将氢气纯度提高至%以上。
氢气的品质的要求
GT公司要求制氢装置提供氢气规格：
PPP公司要求还原氢气规格：
DEI公司要求还原氢气规格：
说明：
（1）上述几家提供的氢气规格均是还原用氢
气，冷氢化用氢气要求应该低一点，但到目前为止尚未得到相关数据。
（2）从上述几家提供的氢气规格要求看，纯度要求各不相同，但对
氢气中的碳含量要求类似，都在1 ppm以下。
采用钯膜、深冷吸附与变温吸附进一步提纯氢气
从上表中可以看出， GT公司等技术提供商要求的，用于多晶硅还原炉生产所要求的氢气，其纯度指标要求很高，氢气中的总碳含量要求达到1ppm以下。
目前，通过变压吸附可将氢气的纯度提纯至%～%。但其总碳含量很难做到1ppm以下。
采用钯膜、深冷吸附或变温吸附这三种方法均可以进一步提纯氢气。钯膜、深冷吸附与变温吸附
钯膜、深冷吸附与变温吸附比较
（1）钯膜吸附总投资约8、9百万元（按处理1200Nm3/h氢气），运行成本元/Nm3/h-H2。钯膜使用寿命约1年，在使用时，要求尽可能连续运行，短时间停车时，必须用高纯氮进行保护。钯膜能将四个九至五个九的氢气提纯至六个九。钯膜要求进口压力在～范围内。国内多晶硅到目前
为止只有一家采用了此技术，主要是处理CVD循环氢气，刚用了几个月。
（2）深冷吸附能将氢气提纯至九个九以上，总投资约100万欧元（按处理1200Nm3/h氢气初步估价）。运行成本极低，平均电耗低于h。吸附柱使用寿命15年。在国内多晶硅还没有应用，目前只知道法液空有此技术，国内还不清楚有谁能做。
（3）变温吸附总投资约30余万元，初始使用时效果很好，但使用后效率有衰减，切换频率提高较快。吸附剂使用寿命约1～2年。通常用碳吸附剂。使用效果不好时可能有碳带入。
（4）使用建议，如仅考虑CVD初次开车用新鲜氢气的提纯，可考虑使用变温吸附，这种方案投资最低。如考虑CVD循环氢气的提纯，钯膜和深冷吸附均可。
四、天然气重整制氢和甲醇重整制氢对比
五、备选制氢工艺的技术经济评价
1. 1200Nm3/h电解制氢、甲醇制氢和天然气制氢投资成本和运行成本对比
（不包括土建）
2.制氢方案氢气质量指标对比
甲醇制氢和天然气制氢指标是厂家提供能达到的指标，水电解制氢指标是某公司参考指标。
甲醇制氢在采用二段吸附后，质量指标可达到GT要求，而天然气制氢的总碳含量指标明显达不到要求，如要达到GT要求，则在吸附提纯段的投
资要大大增加（初步估计要增加投资6、7百万）。
水电解制氢的氢气虽然碳含量偏高，但实际检测结果碳含量要低于此，据某厂分析数据显示（CO未检出，CH4未检出，CO2 ：，O2： ppm），其总碳含量能控制在1 PPm以下。
3.原材料能源价格变化的影响
我国天然气价格现状及市场走势
（1）我国天然气定价机制及存在的问题
- 长期以来，我国为了鼓励天然气消费，国内天然气的定价相对较低。目前进口天然气价格和国内天然气价格严重倒挂。目前我国的天然气出厂价格大约为元/m3，而通过中亚管道进口的天然气到达中国口岸的完税价格高达2元/m3以上。
- 挂钩的替代能源选择不合理。
- 天然气价格不反映季节需求差异。
- 机制不顺等问题影响天然气供应。
（2）供需状况及价格走势
- 天然气消费量加速上升，供需缺口明显。
- 天然气消费比重逐渐提高，价格上涨压力较大。
国内天然气消费需求的快速增长与供给不足之间的矛盾势必会推高价格。加上进口气价较高的压力，可预见国内气价将逐渐与国际接轨，国内天然气价格走高将是必然趋势。
我国甲醇价格现状及市场走势
年份国内价格（元/
根据设计院可研报告预测：国内甲醇生产能力和产量逐年上升，市场供应量偏高，抑制了甲醇价格上涨的空间。预计未来几年甲醇价格不会有大的波动，国内市场价格将维持在2200～2800元/吨左右。
六、结论和建议
1. 采用天然气的蒸汽重组方案，优点是原料价格低廉，运行成本低，制氢规模在5000Nm3/h以上时优势明显。缺点是投资规模大，工艺复杂，操作难度大，安全性差，2000Nm3/h以下时无规模优势，从长远看，天然气价格有上升趋势，运行费用将来会逐渐增加，日后的运行成本相对于甲醇制氢并无优势
2. 采用甲醇的蒸汽重组工艺，优点是原料价格相对低廉，投资规模小，运行成本低，装置简单，开车后受外界影响小，开停车方便，工艺简单。缺点是运行成本比天然气法略高。
建议采用方案：
工艺路线：甲醇的蒸汽重组工艺。
氢气规格：
制氢技术综述&制氢技术路线选择 一、工业制氢技术综述 1.工业制氢方案 工业制氢方案很多，主要有以下几类： （1）化石燃料制氢：天然气制氢、煤炭制氢等。 （2）富氢气体制氢：合成氨生产尾气制氢、炼油厂回收富氢气体制氢、氯碱厂回收副产氢制氢、焦炉煤气中氢的回收利用等。 （3）甲醇制氢：甲醇分解制氢、甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇部分氧化制氢、甲醇转化制氢。 （4）水解制氢：电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解、高温电解、光电 解、生物光解、热化学水解。 （5）生物质制氢。 （6）生物制氢。 2.工业制氢方案对比选择 （1）煤炭制氢制取过程比天然气制氢复杂，得到的氢气成本也高。 （2）由于生物制氢、生物质制氢和富氢气体制氢等方法制取的氢气杂质含量高、纯度较低，不能达到GT等技术提供商的氢气纯度要求。 （3）国内多晶硅绝大多数都采用的是水电解制氢，只有中能用的是天然气制氢，而国外应用的更多是甲醇制氢，因此，我们重点选择以下三类方案进行对比： （A）天然气制氢 （B）甲醇制氢 （C）水电解制氢 3. 天然气制氢
（1）天然气部分氧化制氢因需要大量纯氧增加了昂贵的空分装置投资和制氧成本。 （2）天然气自热重整制氢由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应分步进行，因此反应器仍需耐高温的不修锈钢管做反应器，这就使得天然气自热重整反应过程具有装置投资高，生产能力低的特点。 （3）天然气绝热转化制氢大部分原料反应本质为部分氧化反应。 （4）天然气高温裂解制氢其关键问题是，所产生的碳能够具有特定的重要
用途和广阔的市场前景。否则，若大量氢所副产的碳不能得到很好应用，必将限制其规模的扩大。 （5）天然气水蒸汽重整制氢，该工艺连续运行, 设备紧凑, 单系列能力较大, 原料费用较低。 因此选用天然气水蒸汽重整制氢进行方案对比。 4.甲醇制氢 （1）甲醇分解制氢，该反应是合成气制甲醇的逆反应，在低温时会产生少量的二甲醚。 （2）甲醇水蒸汽重整制氢，是甲醇制氢法中氢含量最高的反应。这种装置已经广泛使用于航空航天、精细化工、制药、小型石化、特种玻璃、特种钢铁等
中国生物工程杂志 China B i otechnol ogy,2006,26(5):107～112 生物质制氢技术研究进展 于 洁 1,2 肖 宏 13 (1中国科学院上海生命科学研究院生命科学信息中心 上海 200031 2中国科学院研究生院 北京 100039) 摘要 氢能以其清洁,来源及用途广泛等优点成为最有希望的替代能源之一,用可再生能源制氢是氢能发展的必然趋势。由于生物质制氢具有一系列独特的优点,它已成为发展氢经济颇具前景的研究领域之一。生物质制氢技术可以分为两类,一类是以生物质为原料利用热物理化学方法制取氢气,如生物质气化制氢,超临界转化制氢,高温分解制氢等热化学法制氢,以及基于生物质的甲烷、甲醇、乙醇的化学重整转化制氢等;另一类是利用生物转化途径转换制氢,包括直接生物光解,间接生物光解,光发酵,光合异养细菌水气转移反应合成氢气,暗发酵和微生物燃料电池等技术。综述了目前主要的生物质制氢技术及其发展概况,并分析了各技术的发展趋势。关键词 生物质 制氢 气化 高温分解 超临界水 微生物电池中图分类号 Q819 收稿日期:2006201209 修回日期:2006204210 3通讯作者,电子信箱:hxiao@sibs .ac .cn 化石能源的渐进枯竭,国际市场油价的日高一日,给我国高速发展的社会经济带来越来越大的压力。根据国家海关总署提供的资料,我国从1993年变为石油净进口国。过去的10年中,我国石油需求量几乎翻了一番。同时,环境生态问题与国家安全问题日益受到各国的高度重视,新替代能源的研制和开发已成为各国科研生产的战略重点之一。 氢能被誉为21世纪的绿色能源。氢气的燃烧只产生水,能够实现真正的“零排放”。相比于目前已知的燃料,氢的单位质量能量含量最高,其热值达到 143MJ /kg,约为汽油的3倍,并且氢的来源广泛。鉴于 化石能源的不可再生性及其造成的环境污染问题,特别是石化资源渐趋枯竭,利用可再生能源制氢已成为当务之急和氢能发展的长久之计。目前,“氢经济”已引起世界很多国家的高度重视,并已被纳入发展计划。 生物质制氢技术不同于风能、太阳能、水能之处在于生物质制氢技术不仅可以有“生物质产品”的物质性生产,还可以参与资源的节约和循环利用。例如气化制氢技术可用于城市固体废物的处理,微生物制氢过 程能有效处理污水,改造治理环境。微生物燃料电池 (MFC ),可以处理人类粪便、农业和工业废水等有机废 水。微生物发酵过程还能生产发酵副产品,例如重要的工业产品辅酶Q ,微生物本身又是营养丰富的单细胞蛋白,可用于饲料添加剂等。 1 技术概述及研究进展 生物质制氢技术可以分为两类,一类是以生物质为原料利用热物理化学原理和技术制取氢气,如生物质气化制氢,超临界转化制氢,高温分解制氢等。以及基于生物质的甲烷、甲醇、乙醇转化制氢;另一类是利用生物途径转换制氢,如直接生物光解,间接生物光解,光发酵,光合异养细菌水气转移反应合成氢气,暗发酵和微生物燃料电池技术。基于生物质发酵产物的甲烷、甲醇、乙醇等简单化合物也可以通过化学重整过程转化为氢气。目前生物质制氢的研究主要集中在如何高效而经济地转换和利用生物质。高温裂解和气化制氢适用于含湿量较小的生物质,含湿量高于50%的生物质可以通过细菌的厌氧消化和发酵作用制氢。有些湿度较大的生物质亦可利用超临界水气化制氢 [1] 。 一些主要的生物质制氢原料及常用方法见表1。
刍议天然气制氢工艺现状及发展 发表时间：2018-10-17T16:12:02.377Z 来源：《电力设备》2018年第18期作者：毛祝斌沈念磊 [导读] 摘要：科学技术是第一生产力，随着我国科学技术水平的不断提升，大量先进工艺和技术涌现，在各个行业领域中应用，大大促进了社会进步和经济发展。 （新疆美克化工股份有限公司新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州 841000） 摘要：科学技术是第一生产力，随着我国科学技术水平的不断提升，大量先进工艺和技术涌现，在各个行业领域中应用，大大促进了社会进步和经济发展。天然气制氢工艺作为一种主流生产工艺，在一些天然气规模较大的区域应用，可以有效提升制氢水平，满足社会大量氢气需要。但是，天然气制氢工艺在实际应用中耗能高，燃料成本在总成本占比超过平52%，尤其是当前天然气价格持续升高，其中所存在的不足逐渐暴露出来，有待进一步改进和完善。本文就天然气制氢工艺发展现状进行分析，寻求合理措施予以改进。 关键词：天然气；制氢工艺；蒸汽；脱硫 天然气制氢工艺在实际应用中，可以借助大量的天然气制取氢气，取得了较为可观的工业化成果。我国现有的天然气制氢装置主要是以国外引进的技术为主，整齐转化工序仍然需要国外先进技术工艺支持，但是在PSA工艺技术方面，国内逐渐开发出相应具备工业化应用的条件。尤其是在加压蒸汽转化方面具备独特的优势，工艺经过长期发展和完善较为成熟，以其独特的优势得到了广泛应用。加强天然气制氢工艺的发展阐述，可以为后续工艺改进和完善提供参考。 一、传统天然气制氢工艺 （一）原料气处理单元 原料气处理单元是传统天然气制氢工艺的基础环节，直接决定着后续的天然气制氢质量和效果。在这个阶段，主要是以脱硫为主，通过应用适量的脱硫剂实现对天然气脱硫处理，但是由于原料气量较大，所以首先借助离心式压缩机进行压缩处理，然后对天然气整流处理，回炉前完成脱硫[1]。而新工艺的出现，主要是采用了新脱硫技术，原材料的消耗成本相较于传统工艺低一半的费用。尤其是蒸馏新技术的应用，实现催化剂加速反应，进一步提升整流效率和质量，实现热量二次回收，带来可观的经济效益同时，满足节能降耗要求，变换气工作顺利进行。 （二）蒸汽转化单元 蒸汽转化单元阶段处理过程较为复杂，水蒸气作为氧化剂，受到镍催化剂的作用影响，促使烃类物质发生转化，可以获取转化气。不同的转化炉结构和形式不同，在热补偿器和管道固定方式方面存在明显差异。在此阶段，通过高温转化与低水炭比工艺参数，可以实现资源的节能环保，带来更加可观的经济效益。 （三）CO变换单元 原料气中还有大量的CO，在转化过程中受到催化剂影响，有助于CO和水蒸汽产生反应，进而生成H2和CO2物质。在这个阶段，主要是在350℃～400℃高温环境和低于300℃～350℃中低温环境下进行。伴随着科学技术快速发展，在满足转化需要的同时，降低资源消耗和生产成本[2]。 （四）氢气提纯单元 在氢气提纯单元阶段，多数制氢工艺采用的变压吸附净化系统能耗较低，较之高能耗的脱碳净化系统而言资源消耗与生产成本更低，进一步优化生产流程，将富氢气切割到其他吸附塔中，在降低吸附塔生产压力和疲劳程度的同时，切实提升缓压速度，实现高浓度的氢气制取。这个阶段十分关键，直接关乎到制氢质量，需要严格控制。 二、天然气制氢工艺发展方向 （一）高温裂解制氢工艺 伴随着科学技术的快速发展和创新，天然气制氢工艺发生了不同程度上的改进发展，在高温裂变方面尤为突出。高温环境下，天然气裂变出氢和碳元素，生产期间并不会产生CO2，这个环节较为节能环保，协调经济效益和生态效益增长，呈现良好的发展前景[3]。 （二）自然重整制氢 在天然气制氢过程中，从外部供热转变到内部供热，可以实现资源的合理开发和利用，将反应产生的热量回收利用，被其他需要热量的生产环节所利用。此项技术在实际应用中，在耦合器中反应产生了大量热量，主要是天然气燃烧反应产生，实现水蒸汽的充分反应，满足反应自供热需要。需要注意的是，通过对自热重整反应器的强吸热反应和强放热反应分布进行，需要借助不锈钢管制作成的高端抗高温仪器在一定程度上增加了天然气制氢成本，影响到生产水平[4]。 （三）绝热转化制氢工艺 绝热转化制氢工艺水平较高，主要是将反应原料为部分氧化反应，可以实现对制氢环节的有效控制，提升天然气制氢水品的同时，实现制氢速度的有效控制。天然气制氢工艺主要是采用空气痒源，此种工艺流程短，操作便捷、安全，降低投资成本和制氢成本的同时，带来更大的经济效益和生态效益。 （四）天然气部分氧化制氢工艺 天然气部分氧化制氢工艺在实际应用，相较于传统的蒸汽重整工艺而言优势更为突出，可以有效降低能源消耗和生产成本。在这个过程中，采用的耐火材料较低，需要纯度较高的氧气支持，并借助高温无机陶瓷氧化器实现，在一定程度上增加了生产成本，提升生产效率，带来更大的经济效益。 三、天然气制氢工艺的价值分析 氢气是一种化工产品，在实际生产生活中应用较为广泛，不仅仅局限在轻工业领域，同时在重工业领域中应用。在当前可持续发展背景下，人们的环保意识不断提升，而氢气作为一种可再生的资源，应用领域包括电子、医药、电气和精细化工等行业。但是，传统制氢工艺成本高、生产效率低，还会对生态环境带来不同程度上的污染和破坏。借助天然气制氢工艺降低资源消耗的同时，提升生产效率，制取浓度更纯的氢气。 我国在制氢工艺过程中，加大型转化炉和配套的大型压缩机、大型PSA设备和耐用催化剂等方面较之国际水平存在很大差距，其中还有很多缺陷和不足有待进一步改进和完善。
生物质制氢发展和前景研究 作者袁超 学号 201206030121 摘要：氢气作为一种清洁无污染的新型能源越来越受到人们的关注。与传统制氢方法相比，生物制氢技术的能耗低，对环境无害，已经逐渐引起了人们的重视。 Abstract：Hydrogen as a clean pollution-free new energy more and more get the attention of people. Compared with the traditional hydrogen production methods, biological hydrogen production technology of low energy consumption, harmless to the environment, has gradually aroused people's attention 关键词；发酵；制氢；酶；影响因素；前景;生物制氢 前言:据估计，地球上每年生长的生物质总量约相当于目前世界总能耗的l0倍，我国年产农作物秸秆6亿多t，可利用生物质资源约30亿t。从资源本身的属性来说，生物质是能量和氢的双重载体，生物质自身的能量足以将其含有的氢分解出来，合理的工艺还可利用多余能量额外分解水，得到更多的氢。生物质能是低硫和二氧化碳零排放的洁净能源，可避免化石能源制氢过程对环境的污染，从源头上控制
二氧化碳排放。与传统制氢方法相比，生物制氢技术的能耗低，对环境无害[ 1 ]。该文章从生物质制氢的原理入手，综述了多种生物质制氢方法，并以生物质制氢为中心对生物利用进行讨论。 正文 1生物制氢的方法 1.1生物质催化气化制氢 生物质催化气化制氢是加入水蒸气的部分氧化反应，类似于煤炭气化的水煤气反应，得到含氢和较多一氧化碳的水煤气，然后进行变换反应使一氧化碳转变，最后分离氢气。由于生物质气化产生较多焦油，研究者在气化器后采用催化裂解的方法以降低焦油并提高燃气中氧含量，催化剂为镍基催化剂或较。为便宜的白云石、石灰石等。气化过程可采用空气或富氧空气与水蒸气一起作为气化剂，产品气主要是氢、一氧化碳和少量二氧化碳。气化介质不同，燃料气组成及焦油含量也不同。使用空气时由于氮的加入，使气化后燃气体积增大，增加了氢气分离的难度；使用富氧空气时需增加富氧空气制取设备[2]。Dernmirbas[3]认为含水质量分数在35％以下的生物质适合采用气化制氢技术。
新能源制氢技术发展现状及前景分析 摘要：化学链式制氢，生物质制氢，利用废弃风/光发射电解水制氢，日光分解 水制氢等清洁能源制氢新技术的研究与应用现状被介绍了。分析了产业发展的前景。氢燃料电池在汽车工业的发展过程中，由化石原料生产氢（包括工业副产品 氢和化合物热分解产生氢）是氢生产技术的主要工艺路线，而生物质氢生产，使 用“绿色电力”电解水制氢，将水进行太阳能催化分解以产生氢气和其他新能源， 是从化石原料中制氢的重要补充。 关键词：新能源；制氢技术；发展现状；前景 引言 由于传统的制氢技术消耗了煤，石油和天然气等化石原料，因此从长远来看，原料资源的供应是不可持续的，并且制氢过程具有大量污染物和CO2排放的缺点。因此，需要一种改善传统制氢技术，提高制氢效率并减少碳排放的方法（工艺简单，能耗低，易于分离氢以及基于易于捕获CO2的化学链）。 一、化学链制氢技术 化学链制氢反应器总共由三个反应器，一个燃料反应器，一个蒸汽反应器和 一个空气反应器组成，并且在燃料反应器，燃料，氧气载体的所有步骤中都进行 制氢和二氧化碳回收。化学链制氢的优势包括几个主要方面：（1）相对简单的 设备，蒸汽转化器，氢气和CO2净化没有分离装置。（2）仅氧气载体1需要固 体颗粒，并且常规的蒸汽重整过程应包括蒸汽重整，高温蒸汽变换剂，低温蒸汽 变换催化剂和CO2吸附剂。 二、可再生能源制氢技术 1.电力电解水制氢技术 1.1传统水电解制氢 通过电解水产生氢是在电解槽中添加电解质，然后施加电流（直流电）使水 分子解离，氢气沉积在负极上，氧气沉积在正极上。作为一种传统技术，电解水 制氢设备简单，无污染。所产生的氢具有高纯度和低杂质含量，适用于各种情况。缺点是能量消耗高和制氢成本高。外国技术公司主要包括法国Mephy，美国Teledyne和Norwegian Nel。国内对此技术的研究主要包括中国船舶工业总公司 718研究所，中国电力工业总公司，中国科学院大连化学研究所等。PEM纯水制 氢工艺是一种纯净水电解制氢技术，它不含腐蚀性液体，易于操作和维护，成本 低廉，将来需要中国发展。 1.2风电/光电电解水制氢 使用化石原料制氢具有能耗高，污染大，工艺流程长，氢气纯度低的缺点， 因此电解制氢技术几乎零排放，产品纯度高。由于其优点，从电解水中生产氢气 一直是该行业的主要研究之一。然而，由于使用电解水的氢生产消耗大量电力， 因此在氢燃料电池车辆的最新发展中，将氢用于大规模氢生产以及低成本大规模 氢生产是不经济的。在风能和太阳能制氢领域，德国首先引入了可再生能源来生 产氢的概念，并将其转化为气体燃料技术（P2G）。许多国家，例如德国和美国，已开始对该技术的商业化进行早期探索。目前，欧洲有45个P2G项目正在运营 中并且正在建设中。由于节省了化石资源，较低的发电成本和低碳的环境保护程序，因此产生了诸如风能和太阳能之类的过剩电力（即削峰用电和无法连接到电 网以通过电解水产生氢的富电）的使用是当前并且在业界中被广泛认可的一种将 电解水技术结合起来以实现大规模制氢的理想方法。
水电解制氢的最新进展与应用 一、绿色能源氢能及其电解水制氢技术进展 摘要：随着环境污染日益严重，越来越多的研究关注于绿色无污染能源，其中氢能清洁无污染、高效、可再生，是未来最有潜力的能源载体。利用电解水技术制氢是目前最有潜力的技术，也是一种经济有效的技术。绍了氢能的研究现状和水电制氢技术，着重介绍了碱性电解槽、子交换膜电解技术以及固体氧化物水电解技术，对现有技术进行了总结。 1.氢能的研究现状 美国： 1990年，美国能源部（DOE）启动了一系列氢能研究项目。 2001年以来，美国政府制订了《自有车协作计划》、《美国氢能路线图》。 2004年2月，美国能源部出台的“氢态势计划”，并提出2040年美国将实现向氢经济的过渡。 美国能源部、国防部、交通部、国家科学基金、美国宇航局和商务部以及8个国家实验室、2所大学和19 个公司签署了研发合同。 欧盟： 2001 年11 月启动的“清洁能源伙伴计划”，欧盟拨款1850万欧元支持汉堡、伦敦等10个城市的燃料汽车示范项目。 2008年11 月初欧盟、欧洲工业委员会和欧洲研究社团联合制订了2020年氢能与燃料电池发展计划。 日本： 1993年就制订了“新阳光计划”，预计到2020年投资30亿美元用于氢能关键技术的研发。并计划在2020年实现燃料电池汽车500 万辆，建成燃料电池发电系统10000MW。 我国： 2003年11月我国加入了“氢能经济国际合作伙伴（IPHE）”，成为IPH首批成员国之一。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》和《国家“十一五”科学技术发展规划》中都列入了发展氢能和燃料电池的相关内容。 相对而言，我国在氢能和燃料电池汽车领域的技术研发工作开始得较晚，这方面的标准体系尚未形成，然而通过国内研究单位的协作努力，在材料、基础设施、燃料电池堆、整车集成等方面都已取得阶段性进展，目前已有多家企业与联合国发展计划署和全球环境基金合作，开展燃料电池客车的公交线路试运行。 2 水电解氢能的制备技术进展 发展到现在，已有三种不同种类的电解槽，分别为碱性电解槽#聚合物薄膜电解槽和固体氧化物电解槽。 ①碱性电解槽 碱性电解槽是发展时间最长、技术最为成熟的电解槽，具有操作简单、#成本低的优点，其缺点是效率最低，槽体示意图如图1 所示。国外知名的碱性电解水制 氢公司有挪威留坎公司、格洛菲奥德公司和冰岛雷克雅维克公司等。电解槽一般采 用压滤式复极结构或箱式单极结构，每对电解槽压在1.8~2.0V，循环方式一般采用 混合碱液循环方式。
天然气制氢的基本原理及工业技术进展 一、天然气蒸汽转化的基本原理 1.蒸汽转化反应的基本原理 天然气的主要成分为甲烷，约占90%以上，研究天然气蒸汽转化原理可以甲烷为例来进行。 甲烷蒸汽转化反应为一复杂的反应体系，但主要是蒸汽转化反应和一氧化碳的变换反应。 主反应： CH4+H2O===CO+3H2 CH4+2H2O===CO2+4H2 CH4+CO2===2CO+2H2 CH4+2CO2===3CO+H2+H2O CH4+3CO2===4CO+2H2O CO+H2O===CO2+H2 副反应： CH4===C+2H2 2CO===C+CO2 CO+H2===C+H2O 副反应既消耗了原料，并且析出的炭黑沉积在催化剂表面将使催化剂失活，因此必须抑制副反应的发生。 转化反应的特点如下：
1)可逆反应在一定的条件下，反应可以向右进行生成CO 和H2，称为正反应；随着生成物浓度的增加，反应也可以 向左进行，生成甲烷和水蒸气，称为逆反应。因此生产中必须控制好工艺条件，是反应向右进行，生成尽可能多的CO 和H2。 2)气体体积增大反应一分子甲烷和一分子水蒸气反应后，可以 生成一分子CO和三分子H2，因此当其他条件确定时，降低压力有利于正反应的进行，从而降低转化气中甲烷的含 量。 3)吸热反应甲烷的蒸汽转化反应是强吸热反应，为了使 正反应进行的更快、更彻底，就必须由外界提供大量的热量，以保持较高的反应温度。 4)气-固相催化反应甲烷的蒸汽转化反应，在无催化剂的 参与的条件下，反应的速度缓慢。只有在找到了合适的催化 剂镍，才使得转化的反应实现工业化称为可能，因此转化反 应属于气-固相催化反应。 2.化学平衡及影响因素 3.反应速率及影响速率 在没有催化剂的情况时，即使在相当高的温度下，甲烷蒸汽转化反应的速率也是很慢的。当有催化剂存在时，则能大大加快反应速率；甲烷蒸汽转化反应速率对反应温度升高而加快，扩散
论文关键词：氢能制氢技术储氢技术 论文摘要：氢能是21世纪解决化石能源危机和缓解环境污染问题的绿色能源。实现氢能的利用，氢的储运是目前要解决的关键问题。文章综述了氢气制备技术和储备技术的最新研究进展，并探讨了制氢与储氢技术的关键问题。最后对进一步的研究进展进行展望，提出了可供研究的课题方向。 0 引言 资源减少、能源短缺、环境污染日益严重。为了我国经济可持续发展的战略国策，寻找洁净的新能源和可再生能源来替代化石能源已经迫在眉睫。氢能以其热值高、无污染、来源丰富等优点，越来越受到人们的重视，被称为21世纪的理想能源。是人类能够从自然界获取的、储量非常丰富而且高效的含能体能源。 作为能源，氢能具有无可比拟的潜在开发价值：氢是自然界最普遍存在的元素，它主要以化合物的形态储存于水中，而水是地球上最广泛的物质；除核燃料外，氢的发热值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高；氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃围，而且燃点高，燃烧速度快；氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁。氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在的燃机稍加改装即可使用。所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，在能源工业中氢是极好的传热载体。所以，研究利用氢能已成为国外学者研究的热点[1、2、3、4]。 1国外氢能发展状况 2003年11月19-21日在美国首都华盛顿欧米尼·西海姆大酒店举行“国际氢能经济合作伙伴组织”[The International Partnership For The Hydrogen Economy( IPHE)]成立大会，共有澳大利亚、巴西、加拿大、中国、法国、德国、冰岛、印度、意大利、日本、国、俄罗斯、英国、美国和欧盟的政府代表团及工商业界代表数百人出席会议。IPHE是一种新的氢能国际合作关系，这种合作将支持未来的氢能和电动汽车技术，建设一个安全、有效和经济的世界围的氢能生产、储存、运输、分配和使用设施的大系统。氢能作为解决当前人类所面临困境的新能源而成为各国大力研究的对象。 氢能广泛应用的关键，在于研制出成本低的制氢技术。目前，氢能利用技术开发已在世界主要发达国家和发展中国家启动，并取得不同程度的成果。美国已研制成功世界上第一辆以氢为燃料的汽车，可将60%-80%的氢能转换成动能，其能量转换率比普通燃机高一倍。1989年，美国太平洋能源公司发明了能大量生产廉价氢燃料的新技术。可用于水分解的一种化学催化剂。用这种方法分解出来的氢成本很低，因而成为世界上最便宜的燃料[1－3，6]。 欧盟(EU)也加紧对氢能的开发利用。在2002-2006年欧盟第6个框架研究计划中，对氢能和燃料电池研究的投资为2,500万-3,000万欧元，比上一个框架计划提高了1倍。北欧国家2005年成立了“北欧能源研究机构”，通过生物制氢系统分析，提高生物生产氢能力。2005年7月，德国宝马( BMW)汽车公司推出了一款新型氢燃料汽车，充分利用了氢不会造
制氢工艺技术比较分析 发表时间：2018-12-05T20:54:23.827Z 来源：《电力设备》2018年第22期作者：艾腾筐[导读] 摘要：随着国家的发展，制氢工艺技术的应用受到广泛关注，但是，由于制氢工艺技术种类很多，应用效果与效益存在差异，因此，在应用之前应重视各类工艺技术之间的对比分析，并采用科学化与合理化的方式开展综合研究工作，探索新时期的主要制氢工艺技术方式，为产业化的发展夯实基础。 （新疆美克化工股份有限公司新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州 841000）摘要：随着国家的发展，制氢工艺技术的应用受到广泛关注，但是，由于制氢工艺技术种类很多，应用效果与效益存在差异，因此，在应用之前应重视各类工艺技术之间的对比分析，并采用科学化与合理化的方式开展综合研究工作，探索新时期的主要制氢工艺技术方式，为产业化的发展夯实基础。 关键词：制氢；工艺技术；比较 氢气属于我国重要工业产品之一，广泛应用在石油领域、化工领域、建材领域、冶金领域、电子领域、医药领域、电力领域、轻工业领域、气象领域与交通领域，在不同领域应用中对氢气的纯度与杂质含量要求不同。因此，为了结合各个领域的氢气需求，应筛选效率较高的制氢工艺与相关配套装置，提升经济效益并保证生产工作灵活性，满足安全管理需求，加大新工艺技术的应用力度。 一、制氢工艺技术方式分析 第一，电解水制氢工艺技术。对于此类工艺技术而言，属于我国常用且发展成熟的制氢方法，主要将水作为原材料，形成氢气与氧燃料生成水的逆过程，达到制氢的目的。因此，在实际制作的过程中，需要提供一定能量，并促进水分解，例如：提供电能，可以促进水分解，制氢效率为86%左右，工艺的应用较为简单，没有污染问题，且经济效益较高，但是，在实际应用过程中，对配电功率的要求很大，单套装置难以完成任务，因此，在很多区域中受到限制。 第二，天然气转化制氢工艺技术。此类方式就是在催化剂的作用之下，使得水蒸气转化成为氢气，通常反应温度为810摄氏度左右。此类工艺技术所制成的氢气含量在74%左右，很多大型加工厂中都在使用天然气作为燃料，对蒸汽进行催化，制取氢气。但是，此类工艺技术在实际应用期间，流程较为繁琐，需要投入的成本很高，消耗的能源也很多，对生态环境会产生一定影响。因此，我国已经开始针对此类工艺技术进行整改，开发间歇式的天然气蒸汽制作工艺技术，在小型设备的支持下，降低制取成本。但是，由于原材料的分布不均匀，导致此类方式的应用受到一定限制。 第三，没碳化制氢工艺技术。此类技术将煤设置在与空气相互隔绝的环境中，温度为950摄氏度左右，制取焦炭，副品就是焦虑煤气，其中含有60%左右的氢气。对于焦炉煤气而言，在去除杂质之后，可以进行氢气的提取，但是，此类工艺技术的应用流程较为复杂，需要投入的资金量较高，存在制约。 第四，煤气化制氢工艺技术。此类技术就是创建固定床类型的汽化炉设备，所制取的煤气中含有40%氢气。在煤气杂质处理之后，可以使用相关装置进行氢气的制取，且费用很低，氢气的提取效率较高，可以应用在生产中。 第五，甲醇水蒸气转化制氢工艺技术。通常情况下，在甲醇与脱盐水蒸汽相互混合之后，将其放置在加压加热的的容器中，可以形成催化与转化作用，生成75%的氢气。在变压吸附的过程中，应使用吸附剂，根据压力变化对吸附剂的剂量进行动态化调整，在高压环境中对原料中杂质进行吸附，在低压环境中对杂质进行脱附处理，保证吸附剂的再生应用。此类技术的使用可以进行脱盐水与循环液缓冲罐中的甲醇、水等混合在一起，在循环液体升压泵的支持下，进行加压处理，将其与甲醇冲关升压泵加压之后的甲醇原料混合在一起，然后设置在换热器设备中，形成自转化器的转化作用，完成第一次热交换。在此之后，将原料液体放置在汽化塔设备中，然后在沸腾器与导热油的作用之下实现二次加热，进行汽化处理。在转化之后进入到脱碳的程度中，在八塔七次均压环境之下，进行真空变压吸附处理，制取出相关气体，将杂质排放在大气中。对于半成品气体而言，还需进入到PSA制氢工艺环节中，实现提纯处理目的，此时的氢气纯度甚至可以达到99.99%。在使用甲醇水蒸气转化制氢工艺技术的过程中，工艺流程较为简单，需要支付的成本很少，且操作灵活性很高，制氢规模在8000nm3/小时左右，有利于进行精细化生产与制作，因此，在实际生产的过程中，应合理使用此类工艺技术，遵循科学化与合理化的工作原则，编制完善的计划方案，在提升整体工作质量与制氢工艺技术应用水平的基础上，更好的完成当前任务，达到预期的工作目的。 二、制氢工艺技术比较 对于电解水制氢工艺技术而言，主要使用的原材料为水，制取规模为300nm3/小时，装置在使用过程中规模很小，建设的周期很多，使用便利性高，操作灵活，但是存在耗电量大的缺点[1]。 天然气转化制氢工艺技术的应用原材料为天然气与水，制取规模为4000nm3/小时左右，工艺流程较为复杂，配套装置的安装与建设时间长，需要支付较高投资成本。 煤焦化制氢工艺技术在应用期间，原材料为煤与水，制取规模为10000nm3/小时左右，但是，煤炭的资源分布不均匀，煤焦化的工艺流程会受到一定影响[2]。 煤气化制取技术在应用过程中，原材料为煤与水，制取规模为10000nm3/小时左右，工艺流程较为复杂，对生态环境会产生污染[3]。 甲醇水蒸气转化技术的原材料为甲醇与水，制取规模为8000nm3/小时左右。在生产过程中，甲醇原材料容易获取，运输与存储便利性高，需要投入的资金成本很低，且基础设施的建设时间很短，能耗较少。同时，此类技术在应用期间的工艺流程很简单，灵活性符合要求[4]。 综合对比分析可以发现，甲醇水蒸气转化制氢工艺技术的应用效果较高，能够打破传统工艺技术局限性，降低成本提升制氢工艺技术应用效果，因此，需予以足够重视，广泛进行推广应用[5]。 结语： 综上所述，对比分析各类制氢工艺技术，甲醇水蒸气转化制氢技术的应用效果较为良好，因此，在实际生产期间应总结丰富经验，合理应用此类工艺技术开展工作，确保满足当前的时代发展需求。 参考文献： [1]杨小彦，陈刚，殷海龙，等.不同原料制氢工艺技术方案分析及探讨[J].煤化工，2017（6）：40-43. [2]刘晓丽.制氢工艺技术比较[J].当代化工研究，2016（5）：78-79.
专论与综述 天然气转化制氢工艺进展及其催化剂发展趋势 催化剂厂谢建川 摘 要 介绍了以天然气为原料的转化制氢工艺技术的发展概况以及天然气蒸汽转化用催化剂的发展趋势。 关键词 天然气 转化 催化剂 自从20世纪中期天然气在美国得以发展,壳牌化学公司首次在世界上用天然气生产合成氨以来,转化制氢工艺在世界范围内迅速发展。天然气、油田伴生气、焦炉气、石脑油(国内称为轻油)、渣油、炼厂气和煤等成为了当今制氢、制氨原料的主流。就转化制氢制氨工艺而言,其发展主要是以节能、降耗、扩产、缩小装置尺寸、降低投资费用以及延长运转周期等为目标进行工艺改进。而在转化催化剂方面,国内外研究人员也进行了大量的研究开发工作,主要是围绕不同原料和不同工艺开发新型转化催化剂,并且还要保证开发的新催化剂在适合于不同原料和工艺的前提下,提高催化剂的活性、抗压强度、抗碳性和抗毒性等。 1 天然气转化制氢工艺进展 我国自20世纪70年代从国外引进大型合成氨装置,现已有14套以天然气或炼厂气为原料的大型合成氨装置。近年来国外推出了一系列节能型工艺,如美国Kellogg公司MEAP节能流程, Tops e公司低能耗流程;美国Braun低能耗深冷净化工艺,I CI的AMV节能工艺以及德国UHDE-I C I-AMV工艺等,主要从以下几方面达到节能降耗的目的。 (1)将传统流程转化炉的热效率从原有的85%提高到90%~92%,烟气排出温度降至120 ~125 ,增加燃烧空气预热器等。 (2)提高一段炉操作压力,由原来的2.8M Pa 提高到4.0~4.8MPa。 (3)降低一段炉出口温度,由原来的820 降到695~780 。 (4)转化炉管采用新型材料MANAUR I T E (25C r-35N-i Nb-T i),使管壁厚度降低,并使管壁中因温度梯度造成的热应力降低至接近内部压力的水平,与HK-40转化管相比,工作寿命更长,性能更稳定。 (5)降低水碳比,由原来的3.5降到2.5~ 2.7。 (6)增加二段炉燃烧空气量,提高燃烧空气温度至610~630 ,采用性能更好的二段燃烧器。 (7)降低一段炉负荷,增加预转化工艺,将一段炉负荷部分转移到二段炉。 预转化工艺是在一段炉前,在较低的水碳比下进行原料的预转化,主要用于以石脑油等高碳烃为原料的转化制氢工艺。但近年来为了降低一段炉负荷,达到增产节能,提高效益,以天然气为原料的装置,在新建和改造中也开始采用预转化工艺技术。国内锦西大化就率先采用了该技术。 Tops e公司首次在合成氨装置中采用预转化技术是在20世纪80年代,使现有制氢装置在增产节能方面取得了明显效果:减少了一段炉燃烧量,增加生产能力,延长了炉管使用周期,降低了工艺蒸汽使用量,减少了设备投资以及在装置改造中的所谓瓶颈问题。国外使用预转化工艺除了在制氢制氨厂使一部分甲烷转化成氢或使部分石脑油预转化为较低级的甲烷外;另一方面是用石脑油制取富甲烷气,可直接作城市煤气使用,也
制氢技术综述 &制氢技术路线选择 一、工业制氢技术综述 1.工业制氢方案 工业制氢方案很多，主要有以下几类： （1）化石燃料制氢：天然气制氢、煤炭制氢等。 （2）富氢气体制氢：合成氨生产尾气制氢、炼油厂回收富氢气体制氢、氯 碱厂回收副产氢制氢、焦炉煤气中氢的回收利用等。 （3）甲醇制氢：甲醇分解制氢、甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇部分氧化制氢、甲醇转化制氢。 （4）水解制氢：电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解、高温电解、光电 解、生物光解、热化学水解。 （5）生物质制氢。 （6）生物制氢。 2.工业制氢方案对比选择 （1）煤炭制氢制取过程比天然气制氢复杂，得到的氢气成本也高。 （2）由于生物制氢、生物质制氢和富氢气体制氢等方法制取的氢气杂质含 量高、纯度较低，不能达到 GT等技术提供商的氢气纯度要求。 （3）国内多晶硅绝大多数都采用的是水电解制氢，只有中能用的是天然气制氢，而国外应用的更多是甲醇制氢，因此，我们重点选择以下三类方案进行对比： （A）天然气制氢
（B）甲醇制氢 （C）水电解制氢 3.天然气制氢 制氢种类制氢方法特点 天然气水蒸汽重 1. 需吸收大量的热，制氢过程能耗高，燃料成本占生产成本的52－ 整制氢68％； 2.反应需要昂贵的耐高温不锈钢管作反应器； 3.水蒸汽重整是慢速反应，因此该过程制氢能力低，装置规模大和 投资高。 天然气部分氧化 1. 优点： 制氢 1）廉价氧的来源；2）催化剂床层的热点问题； 3）催化材料的反应稳定性；4）操作体系的安全性问题 2.缺点：因大量纯氧增加了昂贵的空分装置投资和制氧成本 天然气制氢 天然气自热重整 1. 同重整工艺相比，变外供热为自供热，反应热量利用较为合 理；制氢 2.其控速步骤依然是反应过程中的慢速蒸汽重整反应； 3.由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应分步进行，因此 反应器仍需耐高温的不修锈钢管做反应器，这就使得天然气自热重 整反应过程具有装置投资高，生产能力低。 天然气绝热转化 1. 大部分原料反应本质为部分氧化反应，控速步骤已成为快速部分 制氢氧化反应，较大幅度地提高了天然气制氢装置的生产能力。 2.该新工艺具有流程短和操作单元简单的优点，可明显降低小规模 现场制氢装置投资和制氢成本。
光解水制氢半导体光催化材料的研究进展 田蒙奎1 ,2 ,上官文峰2 ,欧阳自远1 ,王世杰1 (1. 中国科学院地球化学研究所,贵州贵阳550002 ; 2. 上海交通大学机械与动力学院燃烧与环境技术研究中心,上海200030) 摘要: 自从Fujishima2Honda 效应发现以来,科学研究者一直努力试图利用半导体光催化剂光分解水来获得既可储存而又清洁的学能———氢能。近一二十年来,光催化材料的研究经历了从简单氧化物、复合氧化物、层状化合物到能响应可见光的光催化材料。本文重点描述了这些光催化材料的结构和光催化特性,阐述了该课题的意和今后的研究方向。关键词: 光解水;氢能;半导体光催化剂中图分号: X13 文献标识码:A文章编号:100129731 (2005) 1021489204 1 引言 在能源危机和环境问题的双重压力下,氢能因其燃烧值高、储量丰富、无污染而成为最有希望替代现有化石能源的清洁能源,因而氢能的开发成了能源领域的研究热点。自从Fujishima 和Honda 于1972 年发现了TiO2 光电化学能分解水产生H2 和O2 以来[1 ] ,科学研究者实现太阳能光解水制氢一直在作不懈的努力。普遍接受的光解水制氢原理是:半导体光催化剂在能量等于或大于其禁带宽度的光辐射时,电子从最高电子占据分子轨道( HOMO ,即价带) 受激跃迁至最低电子占据分子轨道(LUMO ,即导带) ,从而在价带留下了光生空穴( h + ) , 导带中引入了光生电子(e - ) 。光生空穴和光生电子分别具有氧化和还
原能力。要实现太阳能光解水制氢和氧,光生电子的还原能力必须能还原H2O 产生H2 ,而光生空穴的氧化能力必须能氧化H2O 产生O2 ,即半导体光催化剂的导带底要在H2O/ H2 电位( E0 = 0V ,p H = 0) 的上面(导带位置越高,电位越负,还原能力越强) ;而价带顶在O2 / H2O 电位( ENHE = + 1. 23V ,p H = 0) 的下面(价带位置越低,电位越正,氧化能力越强) 。近一二十年来, TiO2 以外的光催化剂的相继发现,特别是能响应可见光的光催化材料的出现,使得光解水制氢研究进入了非常活跃时期。本文就近期太阳能光解水制氢研究进展中的半导体光催化材料作一综述。 2 简单半导体氧化物,硫化物系光催化剂目前广泛研究的简单化合物半导体材料的能带结构如图1 所示： 图1 部分半导体材料的能带结构示意图 Fig 1 Schematic diagram of band st ructure for some semiconductor s TiO2 光催化剂由于光照不发生光腐蚀、耐酸碱性好、化学性质稳定、对生物无毒性、来源丰富等优点而被广为利用。具有代表性的
生物质气化制氢 Hydrogen Production from Biomass Gasification 院系: 环境科学与工程学院 专业: 环境工程 姓名: 陈健 学号: M201373228 导师: 胡智泉副教授
2013 年 12 月
摘要 在人类面临严重的能源危机与环境污染的背景下，世界各国都在致力于对洁净能源氢的开发和研究，并取得了一定的研究成果。生物质气化制氢是一项富有前景的制氢技术，已引起了世界各国研究者的普遍关注。 本文重点讨论生物质催化气化制氢的基本原理和基本过程，阐述了氢气的净化分离方法，指出目前我国生物质气化制氢存在的问题和将来的研究方向。 关键词：生物质；气化；制氢。
Abstract In the context of humans face with a series of serious energy crisis and environmental pollution，the world are committed to developing and researching clean energy, and it has made some achievements. The prospective future of hydrogen from biomass gasification makes it a major concern all over the world. This article focuses on the basic principles and fundamental processes of hydrogen from biomass gasification, describes the purification and separation method of hydrogen, pointed out that at present China's biomass gasification problems and future research directions. Key words: Biomass; gasification; Hydrogen production.
生物质气化制氢Hydrogen Production from Biomass Gasification 院系: 环境科学与工程学院 专业: 环境工程 姓名: 陈健 学号: M201373228 导师: 胡智泉副教授 2013 年12 月
摘要 在人类面临严重的能源危机与环境污染的背景下，世界各国都在致力于对洁净能源氢的开发和研究，并取得了一定的研究成果。生物质气化制氢是一项富有前景的制氢技术，已引起了世界各国研究者的普遍关注。 本文重点讨论生物质催化气化制氢的基本原理和基本过程，阐述了氢气的净化分离方法，指出目前我国生物质气化制氢存在的问题和将来的研究方向。 关键词：生物质；气化；制氢。
Abstract In the context of humans face with a series of serious energy crisis and environmental pollution，the world are committed to developing and researching clean energy, and it has made some achievements. The prospective future of hydrogen from biomass gasification makes it a major concern all over the world. This article focuses on the basic principles and fundamental processes of hydrogen from biomass gasification, describes the purification and separation method of hydrogen, pointed out that at present China's biomass gasification problems and future research directions. Key words: Biomass; gasification; Hydrogen production.