氢的制备与储存技术
绿氢制储运用技术
绿氢制储运用技术一、引言随着全球对于可再生能源的需求不断增加，绿氢作为清洁能源的关键组成部分，正逐渐成为关注的焦点。
绿氢的生产、储存和运输是实现绿氢应用的重要环节。
本文将探讨绿氢制储运用技术，包括绿氢的制备技术、储存技术和运输技术。
二、绿氢制备技术1. 电解水制氢技术电解水制氢技术是目前最常用且成熟的绿氢生产技术之一。
它利用电解过程将水分解成氢气和氧气，其中氢气被收集并用于储存和运输。
电解水制氢技术具有高效、灵活、可再生等优点，但存在电能消耗高、设备成本大等缺点。
2. 太阳能光电转化技术太阳能光电转化技术是一种利用光电效应将太阳能转化为电能，再通过电解水制氢技术将电能转化为绿氢的技术。
该技术能够实现可再生能源的直接转化，解决了电解水制氢技术的电能消耗问题。
然而，该技术的设备投入较大，需要大面积的太阳能光电装置。
三、绿氢储存技术1. 压缩储存技术压缩储存技术是目前应用最广泛的绿氢储存技术之一。
它通过将氢气压缩到高压状态，使其体积大大减小，便于储存和运输。
压缩储存技术具有高能量密度、易于集中储存等优点，但需要耗费大量能源进行压缩，同时存在氢气泄漏和压力容器的安全性问题。
吸附储存技术利用特殊的吸附材料将氢气吸附在其表面，实现储存。
这种技术具有高储存密度、低压力要求的优点，但存在吸附材料的稳定性和再生问题。
3. 液态储存技术液态储存技术是将氢气冷却至低温下液化，实现储存和运输。
液态储存技术具有高储存密度、便于运输等优点，但需要耗费大量能源进行氢气的液化，同时存在液态氢气的泄漏和爆炸风险。
4. 固态储存技术固态储存技术是将氢气吸附在固态材料中，实现储存。
该技术具有高储存密度和低压力要求的优点，同时克服了液态储存技术的液氢泄漏和安全性问题。
然而，固态储存技术在材料选择和稳定性方面还存在挑战，需要进一步研究和改进。
四、绿氢运输技术1. 气体管道运输技术气体管道运输技术是目前最常用的绿氢运输方式之一。
通过建设专用的管道网络，将绿氢从生产地点直接输送到消费地点。
氢能源的生产与储存技术
氢能源的生产与储存技术随着环境污染日益严重和对传统能源的依赖程度不断加深，人们对新型能源的研发和应用越来越感兴趣。
氢能源作为一种清洁、高效的能源形式，逐渐引起了广泛关注。
本文将从氢能源的生产和储存两个方面来讨论相关技术。
一、氢能源的生产技术1. 电解水制氢技术电解水制氢技术是目前最常用的氢能源生产技术之一。
该技术通过电解水来分解水分子，产生氢气和氧气。
其中，水可以来自于海水、地下水或污水处理厂的废水等多种来源。
在该过程中，可通过不同的电解设备和催化剂来提高氢气的产量和纯度。
2. 化石燃料重整技术化石燃料重整技术是另外一种常见的氢能源生产技术。
该技术通过将化石燃料如天然气、煤炭等与蒸汽进行反应，产生一氧化碳和氢气。
随后，再通过水煤气变换反应、甲烷重整等步骤纯化氢气。
这种技术具有较高的效率，但同时也会产生二氧化碳等温室气体，需要进行有效的排放控制。
3. 生物质发酵制氢技术生物质发酵制氢技术是一种利用生物质原料（如农作物秸秆、粪便等）进行氢气生产的技术。
该技术通过微生物的发酵代谢过程，将生物质中的有机物质转化为氢气和二氧化碳等产物。
这种技术具有环保、可持续等优点，但同时也面临着原料供应稳定性和成本高的挑战。
二、氢能源的储存技术1. 炼化储氢技术炼化储氢技术是一种通过物理吸附或化学反应将氢气储存在材料中的技术。
其中，物理吸附使用具有高表面积的材料（如活性碳、金属有机骨架材料等）吸附氢气；化学反应采用氢化物形成和氢离子储存等方式固定氢气。
这种技术具有储氢密度高、稳定性好等优势，但同时也存在着充放氢速度慢和循环寿命短的限制。
2. 液化储氢技术液化储氢技术是将氢气在低温下液化并储存的技术。
该方法在氢能源应用中具有较长历史和广泛应用。
液化储氢技术将氢气通过压缩和冷却等步骤使其转化为液态，从而实现高密度储存。
但该技术需要消耗大量的能量来制冷，且在储存和输送过程中还要面临安全隐患。
3. 吸附储氢技术吸附储氢技术使用氢气吸附材料（如金属有机骨架、多孔性硅等）吸附氢气并以化学键形式储存。
氢气的制备和储存
优点：体积能量很高、体积较小
缺点：液化成本很高、液氢的气化率高
物理方法—玻璃微球储氢技术
玻璃微球储氢技术是利用空心玻璃微球在较
高温度下具有多孔性的特点，在高压条件下将加热
至氢气扩散进入空心玻璃球内，然后等压冷却使氢
有效地储存于空心微球中。
优点：重复利用性高
缺点：制备空心玻璃球较难
化学方法—金属氢化物储氢技术
太阳能制氢
图 1 光解水制氢机理
太阳能制氢
要实现高效率的太阳光催化分解水制氧,反应所用半 导体光催化材料需要满足三个方面的条件:
(1) 光催化材料能够有效吸收太阳光,特别是可见光部分;
(2) 光催化材料受光激发产生电子和空穴迅速分离并有效 参与反应,减小复合煙灭的几率; (3) 光生电子和空穴满足分解水生成H2和02的热力学条 件。
烃类部分氧化法
• 将预热后的烃和不足化学计量的氧通过特制烧嘴喷入气化 炉燃烧室，在燃烧室内，无需催化剂，烃类发生部分氧化 反应，反应温度1250～1500℃，压力通常为3—8MPa。 • 化学反应式为：
CnHm + n/2O2
m/2H2 + nCO
水电解制氢
• 水电解制氢工艺是很古老的制氢方法，将直流电通过KOH 或NaOH水溶液，将水分解为氢气和氧气。 • 其工艺较简单，可完全自动化，操作方便，其氢气纯度较 高，一般可达99.9％。生产成本较高（消耗昂贵的电能）。 • 我国水电解制氢技术发展较快，接近世界先进水平。降低 制氢电耗的问题，是推广该技术的关键。
太阳能制氢
当前,研发新型光催化材料所面
临的主要挑战是在新材料研发
过程中如何平衡有效的可见光 吸收和保持足够高的光解水氧
化还原电位——减小禁带宽度
氢燃料电池的氢气储存和制备技术
氢燃料电池的氢气储存和制备技术氢燃料电池是一种环保、高效的能源转换技术，通过化学反应将氢气和氧气转化为电能和热能，从而驱动电动汽车等设备运行。
而氢气储存和制备技术是氢燃料电池技术中至关重要的环节，直接影响到氢能源的可持续发展与利用。
本文将从储存和制备两个方面探讨氢气在氢燃料电池中的关键技术，以期为相关研究和应用提供借鉴和参考。
1. 氢气储存技术：氢气的储存是氢燃料电池技术中的一大难题，因为氢气具有低密度、易泄漏、易燃爆等特点，需要采用适当的技术手段来进行安全有效的储存。
目前主要的氢气储存技术包括压缩储氢、液化储氢和固体储氢。
1.1 压缩储氢技术：压缩储氢技术是目前应用最为广泛的氢气储存技术之一，通过将氢气压缩至一定压力下进行储存，以提高氢气的储存密度，减小占地面积。
一般情况下，氢气被压缩至350至700 bar的压力下进行储存，以达到能够满足氢燃料电池系统的要求。
压缩储氢技术相对成本较低，但是存在着压缩能耗大、存储安全性较差等问题，需要进一步提升技术水平。
1.2 液化储氢技术：液化储氢技术是将氢气冷却至液态状态进行储存，以提高储氢密度和减小占地面积。
液化储氢技术具有较高的储氢密度和稳定性，适合长途运输等应用场景。
然而，液化储氢的能耗较高，存在着蒸发损耗和安全隐患等问题，需要进一步降低成本、提高安全性。
1.3 固体储氢技术：固体储氢技术是将氢气储存在固体材料中，如金属氢化物、碳纳米管等，以提高氢气的储存密度和减小存储压力。
固体储氢技术具有较高的储存密度和安全性，但是存在着吸附解吸速度慢、再生困难等问题，需要进一步提高吸附解吸性能。
2. 氢气制备技术：除了储存技术外，氢气的制备技术也是氢燃料电池技术中的一个关键环节，直接影响到氢气的供应可靠性和氢燃料电池系统的整体性能。
目前主要的氢气制备技术包括水电解制氢、天然气蒸汽重整制氢和生物质气化制氢等。
2.1 水电解制氢技术：水电解制氢技术是利用电能将水分解为氢气和氧气的过程，属于一种绿色环保的氢气制备技术。
固态储氢氢能系统及关键材料制备技术
固态储氢氢能系统及关键材料制备技术
固态储氢氢能系统是指利用固态材料来储存和释放氢气的一种氢能储存技术。
相比于传统的氢气储存方式，如压缩氢气和液态氢气储存，固态储氢系统具有更高的储氢密度、更安全的储存和更方便的携带等优势。
关键材料是构成固态储氢氢能系统的重要组成部分，主要包括储氢材料和储氢容器材料。
1. 储氢材料：固态储氢材料用于吸附和存储氢气。
目前常用的固态储氢材料有金属氢化物、碳基材料、金属有机框架材料等。
金属氢化物可以通过吸附氢气来储存氢气，其吸附量和释放量取决于金属与氢气之间的反应性。
碳基材料可以通过物理吸附和化学吸附的方式储存氢气，其储氢密度较低。
金属有机框架材料是一种新型的储氢材料，通过特定的结构可以实现较高的储氢密度。
2. 储氢容器材料：固态储氢容器用于保护和固定储氢材料，并提供氢气的输入和输出通道。
常见的储氢容器材料有金属材料和聚合物材料。
金属材料如钛合金和铝合金具有较高的强度和刚性，可以承受较高的压力。
聚合物材料如聚丙烯和聚酯具有较好的塑性和韧性，可以制成较复杂的形状。
关键材料制备技术包括合成、改性和成型等过程。
储氢材料的合成技术包括物理法、化学法和物化法等，通过控制合成条件和添加适当的催化剂可以调控储氢材料的结构和性能。
储氢容器材料的制备技术主要包括注塑成型、压力成型和复合成型等，
通过选择合适的成型方法和添加增强剂可以提高储氢容器的强度和密封性能。
总之，固态储氢氢能系统及关键材料制备技术是氢能储存领域的重要研究方向，通过优化储氢材料和储氢容器的性能可以实现更安全和高效的氢能储存和利用。
氢气制备和提纯方法和技术详解
氢气制备和提纯方法和技术详解氢气制备的方法主要有以下几种：1.碳氢化合物蒸气重整：该方法将碳氢化合物（如天然气、石油、煤等）与水蒸气在催化剂的作用下反应生成氢气和一氧化碳。
常用的催化剂包括镍、钛、铬等金属。
2.电解水制氢：该方法是将水进行电解，通过电解过程将水分解为氢气和氧气。
正极产生氢气，负极产生氧气。
电解水制氢的优点是纯度高，但能源消耗较大。
3.高温蒸汽法：该方法是将高温蒸汽与可还原物质（如金属铁、钠等）反应，生成氢气和相应的氧化物。
这种方法的局限性较大，只能处理特定种类的物质。
4.太阳能分解水制氢：太阳能可以通过光解水的方式，将水分解为氢气和氧气。
这种方法具有可再生能源的特点，但目前技术上仍存在一些挑战。
氢气的提纯方法主要有以下几种：1.吸附法：该方法利用吸附剂对氢气进行吸附，去除杂质气体。
常用的吸附剂包括活性炭、分子筛等。
2.冷却法：该方法利用氢气和其他杂质气体在不同温度下的冷凝点差异，通过冷却和凝结将杂质气体分离出去。
3.压缩法：该方法利用氢气与其他气体的压缩性质不同，通过适当增加或减少压力，将氢气分离出来。
4.催化法：该方法利用催化剂对氢气进行催化反应，去除杂质气体。
常用的催化剂包括铜、铁、镍等金属。
另外，为了确保氢气的纯度和安全性，还需要进行以下方面的技术处理：1.压力控制：在制备和存储过程中，需要对氢气的压力进行严格控制，以确保氢气的安全。
2.温度控制：温度的控制可以避免氢气在制备和提纯过程中的异常反应，保证氢气的质量和纯度。
3.安全处理：氢气是一种易燃易爆的气体，在处理过程中需要遵循相关的安全操作规程，采取预防措施，确保作业的安全。
4.氢气的储存和输送：氢气储存和输送过程中，需要采用适当的容器和管道系统，防止泄漏和事故发生。
总结起来，氢气制备和提纯是一项复杂的技术工艺，需要根据具体情况选择合适的制备和提纯方法，并结合适当的技术处理，以确保氢气的质量和安全性。
未来，随着氢能源的进一步发展和应用，对氢气制备和提纯技术的要求将变得更加严格和复杂。
储存氢气的技术
储存氢气的技术
储存氢气的技术通常分为压缩储氢和液化储氢两种主要方法：
1. 压缩储氢：将氢气加压到高压容器中进行储存。
高压容器
通常使用高强度材料如碳纤维增强塑料或金属合金制成，以承受高压下的氢气。
氢气通常被压缩到350-700巴（5,000-
10,000 psi）的压力，使其能够在相对较小的体积中存储大量
氢气。
2. 液化储氢：通过将氢气冷却至其临界点以下的温度（-
252.87°C），使其转变为液态，然后在低温下储存。
液化氢通
常储存在双层或多层真空绝热容器中，以减少热量传递和氢气的蒸发损失。
液化储氢具有高密度和长期储存能力的优势，但对于保持低温和处理蒸发损失的要求较高。
此外，还有其他一些新兴的储存氢气技术，包括：
3. 吸附储氢：使用活性材料如金属有机骨架（MOF）或多孔
吸附剂来吸附和释放氢气。
这种技术具有高吸附容量和反应灵敏度的优点，但需要温、压调节以实现氢气的释放和吸附。
4. 化学储氢：将氢气与其他物质形成化合物进行储存，然后通过逆反应释放氢气。
具体的化学储氢方法包括氢化物储氢和化学吸收储氢。
综合利用这些储氢技术，可以提供不同需求下的多种储氢方案，以满足氢气在能源存储、运输和应用等领域的需求。
氢的制取及储存技术探讨
2011NO.17China New Technologies and Products高新技术氢的制取及储存技术探讨刘庆宾（中国石油天然气集团公司大庆石化公司化工一厂，黑龙江大庆163000）1氢的主要制取技术1.1电解水制氢这种方法是基于如下的氢氧可逆反应：H2+1/202-n20+△Q(3)分解水所需要的能量△p是由外加电能提供的。
为了提高制氢效率，电解通常在高压下进行，采用的压力多为3．0～5．0MPa。
目前电解效率约为50％～70％。
由于电解水的效率不高且需消耗大量的电能，因此利用常规能源生产的电能来大规模电解水制氢显然是不合算的。
1.2从化石燃料中制氢这是过去及目前采用最多的方法。
它是以煤、石油或天然气等化石燃料作原料来制取氢气。
用蒸汽作催化剂以煤作原料来制取氢气的基本反应过程为：C+H20--~CO+H2(1)用天然气作原料、蒸汽作催化剂的制氢化学反应为：CH4+H2+3H2+CO(2)上述反应均为吸热反应，反应过程中所需的热量可以从煤或天然气的部分燃烧中获得，也可利用外部热源。
自从天然气大规模开采后，现在氢的制取有96％都是以天然气为原料。
天然气和煤都是宝贵的燃料和化工原料，用它们来制氢显然摆脱不了人们对常规能源的依赖。
1.3热化学制氢这种方法是通过外加高温高热使水起化学分解反应来获取氢气。
到目前为止虽有多种热化学制氢方法，但总效率都不高，仅为20％～50％，而且还有许多工艺问题需要解决。
随着新能源的崛起，以水作为原料利用核能和太阳能来大规模制氢已成为世界各国共同努力的目标。
其中太阳能制氢最具吸引力，也最有现实意义。
目前正在探索的太阳能制氢技术有以下几种：1.3.1太阳能电解水制氢这种方法是首先将太阳能转换成电能，然后再利用电能来电解水制氢。
1.3.2太阳热分解水制氢热分解水制氢有两种方法，即直接热分解和热化学分解。
前者需要把水或蒸汽加热到3000K以上，水中的氢和氧才能够分解，虽然其分解效率高，不需催化剂，但太阳能聚焦费用太昂贵。
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（3）以重油为原料部份氧化法制取 氢气
重油原料包括有常压、 减压渣油及石油深度加 工后的燃料油。重油与 水蒸汽及氧气反应制得 含氢气体产物。 该法生产的氢气产物成 本中，原料费约占三分 之一，而重油价格较低， 故为人们重视。 我国建有大型重油部份 氧化法制氢装置，用于 制取合成氨的原料。
氢气氨分解炉
b、碳基储氢材料
目前，碳系储氢载体主要有纳米碳管、纳 米碳纤维、活性炭和石墨等。纳米碳管和 纳米碳纤维之所以成为比较热门的储氢材 料，是因为它们的储氢量较大，一般可以 达到10％，有的甚至达到60％以上。另外， 其质量相对较轻，便于携带。制备纳米碳 管和纳米碳纤维的方法有很多，但对设备 要求严格，而且要消耗大量的能量，这也 是目前碳系储氢材料不能推广应用的原因 之一。
3.生物质制氢
生物质资源丰富，是重要的可再生能源。 生物质可通过气化和微生物制氢。
（1）生物质气化制氢
将生物质原料如薪柴、锯未、麦秸、稻草 等压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进 行气化或裂解反应可制得含氢燃料气。
（2）微生物制氢
利用微生物在常温常压下进行酶催化反应 可制得氢气。
4.其它含氢物质制氢
a、镁基储氢材料
在镧(稀土)系、钛铁系、 镁系及锆(钒)系4大系列 储氢合金中，镁系储氢 合金具有较高的储氢容 量，而且吸放氢平台好、 资源丰富、价格低廉， 应用前景十分诱人。但 其吸放氢速度较慢、氢 化物稳定导致释氢温度 过高、表面容易形成一 层致密的氧化膜等缺点， 使其实用化进程受到限 制。
氢电弧纳米稀土金属
氢储存装置
3、而利用吸氢材料与氢气反应生成固溶体和 氢化物的固体储氢方式，能有效克服气、 液两种储存方式的不足，而且储氢体积密 度大、安全度高、运输方便、操作容易， 特别适合于对体积要求较严格的场合，如 在燃料电池汽车上的使用。
目前，有希望达到或接近该要求的材 料有3大系列： a．镁基合金材料； b．碳基材料； c．络合物储氢材料。
1.电解水制氢
• 水电解制氢是目前应用 较广且比较成熟的方法 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。提供电 能使水分解制得氢气的 效率一般在75～85％， 其工艺过程简单，无污 染，但消耗电量大，因 此其应用受到一定的限 制。
氧氢分离机
氢的制备与储存技术
一、氢的制备
氢能是一种二次能源，在人类生存的地球 上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的 存在极少。因此必需将含氢物质力UI后方 能得到氢气。最丰富的含氢物质是水 （H2O），其次就是各种矿物燃料（煤、 石油、天然气）及各种生物质等。因此要 开发利用这种理想的清洁能源，必需首先 开发氢源，即研究开发各种制氢的方法。
该法是在有催化剂存在下与水蒸汽反应转化制得 氢气。主要发生下述反应： CH4+H20→CO+H2 CO+H20→C02+H2 CnH2n＋2+nH20→nCO+（2n+1）H2
• 反应在800一820°C下进行。从上述反应 可知，也有部分氢气来自水蒸汽。用该法 制得的气体组成中，氢气含量可达74％ （体积）。其生产成本主要取决于原料价 格，我国轻质油价格高，制气成本贵，采 用受到限制。
1、气态方式较为简 单方便，也是目前储 存压力低于17 MPa 氢气的常用方法，但 体积密度较小是该方 法最严重的技术缺陷， 另外气态氢在运输和 使用过程中也存在安 全隐患。
氢储存装置
2、液态储氢方法的体积密 度(70kg／m3)高，但氢 气的液化需要冷却到20 K的超低温下才能实现， 此过程消耗的能量约占所 储存氢能的25％～45％。 液态氢不仅储存成本高， 而且使用条件苛刻，目前 只限于在航天技术领域应 用。
5.各种化工过程副产氢气的回收
多种化工过程如电解食 盐制碱工业、发酵制酒 工艺、合成氨化肥工业、 石油炼制工业等均有大 量副产氢气，如能采取 适当的措施进行氢气的 分离回收，每年可得到 数亿立方米的氢气。这 是一项不容忽视的资源， 应设法加以回收利用。
氢回收工厂
二、氢的储存
氢可以气态、液态和固态3种方式进 行储存。
2.矿物燃料制氢
• 以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当 今制取氢气最主要的方法。制得氢气主要 作为化工原料，如生产合成氨、合成甲醇 等。有时某些含氢气体产物亦作为气体燃 料供城市煤气。用矿物燃料制氢的方法包 括含氢气体的制造、气体中CO组份变换反 应及氢气提纯等步骤。该方法在我国都具 有成熟的工艺，并建有工业生产装置。
储氢材料的展望
• a．制备新型的复合储 氢材料。因为每一种 储氢材料都有优缺点， 且大部分储氢材料的 性能都有加合的特点， 而单一的储氢材料的 性质也较多地为人们 所认识。所以，复合 储氢材料是未来储氢 材料制备的一个走向
• B.在现有研究基础 上，开发和设计新 型的储氢材料，如 正在研究中的络合 物储氢材料。也许 这一思路更有希望 在技术上取得突破， 并最终达到储氢材 料实用化的目标。
（1）以煤为原料制取氢气
以煤为原料制取含氢气体 的方法主要有两种：一是 煤的焦化（或称高温干 馏），二是煤的气化。 焦化是指煤在隔绝空气条 件下，在900-1000°C制 取焦碳，副产品为焦炉煤 气。 煤的气化是指煤在高温常 压或加压下，与气化剂反 应转化成气体产物。
煤制氢工厂
（2）以天然气或轻质油为原料制取 氢气
电池组及高渐匮乏和生态环境 的不断恶化，氢能被公认为人类未来的理 想能源。可以预见，未来世界将从以碳为 基础的能源经济形态转变为以氢为基础的 能源经济形态。
c、络合物储氢材料
一般情况下，NaAlH4在加热到200℃以上时会相继发生如下 的分解反应，即
式中，k1、k2为反应常数。以NaAlH4的起始质量为标准， 可以计算出反应式1和式2共放出5．6％的氢。如能降低 其反应温度，并在较为温和的条件下实现反应的可逆化， NaAlH4将是一种很好的储氢材料[1]。
国外曾研究从硫化氢中制取氢气。我国有丰富的 H25资源，如河北省赵兰庄油气田开采的天然气 中H多含量高达90％以上，其储量达数千万吨， 是一种宝贵资源，从硫化氢中制取氢有各种方法， 我国在90年代开展了多方面的研究，如石油大学 进行了"间接电解法双反应系统制取氢气与硫磺的 研究取得进展，正进行扩大试验。中科院感光所 等单位进行了"多相光催化分解硫化氢的研究"及" 微波等离子体分解硫化氢制氢的研究"等。各种研 究结果将为今后充分合理利用宝贵资源、提供清 洁能源及化工原料奠定基础。