能源化工--氢讲义PPT(40张)
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氢气教学课件ppt
氢气的化学性质
氢气具有可燃性和还原性，可以 在氧气中燃烧生成水，也可以还
原金属氧化物生成金属单质。
氢气可以和许多元素发生化学反 应，如与氯气反应生成氯化氢，
与氧气反应生成水等。
氢气是活性最高的气体元素，可 以与几乎所有元素发生化学反应
。
氢气的应用
氢气在工业上有广泛的应用，如 合成氨、石油精制、金属冶炼等
生物质气化
生物质气化是一种利用生物质制备氢气 的方法，通过将生物质在缺氧条件下加 热，产生一氧化碳和氢气的混合气体。
生物质气化技术具有可持续性，因为生 生物质气化产生的氢气纯度较低，需要
物质是一种可再生资源。
进一步处理才能用于燃料电池等领域。
甲烷裂解
甲烷裂解是一种利用甲烷制备氢气的方法，通过高温和催化剂的作用， 将甲烷转化为氢气和炭黑。
氢能源的挑战与解决方案
储存与运输难度
氢气存储和运输难度较大 ，需要高压和低温条件， 需加强相关技术研发。
成本较高
目前氢气生产、储存和运 输成本较高，需加大投入 降低成本。
安全问题
氢气易燃易爆，需要严格 的安全管理和操作规范。
氢能源的未来展望
技术创新
随着科技的不断进步，氢气储存 、运输和利用技术将得到进一步
会发生爆炸。
扩散速度快
氢气在空气中扩散速度 快，一旦泄漏容易迅速 扩散，增加事故风险。
窒息危险
高浓度的氢气可能导致 窒息，影响人体呼吸系
统。
化学反应性
氢气与某些物质接触可 能发生化学反应，产生
有毒或腐蚀性物质。
安全使用规范
01
02
03
04
储存安全
氢气应储存在干燥、阴凉、通 风良好的地方，远离火源和热
新能源之氢能ppt课件
• 美国能源部(DOE)启动了一系列氢能研 究项目。2001年以来，美国政府将发展 氢能作为其能源政策的一个重要方面， 先后制定了多项氢能研究计划，以实现 向氢经济的过渡。
• 2004年2月，美国能源部出台了《氢态 势计划：综合研究、开发和示范计划》。
• 氢经济必须经历4个相互重叠、关联的阶 段： – 技术研发与示范(2000—2015年) – 前期市场渗透(2010—2025年) – 基础设施建设与投资(2015—2035年) – 氢经济实现(2025—2040年)
• 氢燃料电池工作原理：
• 氢燃料电池的应用：
•
把化学能直接转化为电能供机械应用
采 用 氢 燃 料 电 池 的 实 验 车
• 在旧金山召开的英特尔开发商论坛上， 千年电池公司向人们展示了一台运行原 型氢燃料电池的电脑。目前绝大多数笔 记本电脑在电池充满情况下可工作三到 四小时。
• 迄今，千年电池的 工作时间仅有三小 时，但是公司的开 发目标是将电池性 能提高到八小时。
• 但随后二十年间中东形势趋缓、原油价格 下跌，石油依旧成为交通运输业的首要选
择，因此对于氢经济发展的相关研究渐少。 直到1990年代末期气候变化（全球变暖 等）问题引起重视以后，氢能与氢经济又 再度成为世界各国研究的热点。
（1）美国氢经济发展战略：
• 美国在1990年就通过了氢能研究与发展、 示范法案。
因此利用常规能源生产的电能来大规模 的电解水制氢显然是不合算的。
• 热化学制氢
• 这种方法是通过外加高温热使水起化学 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。依靠这 种方法来大规模制氢还有待进一步研究。
• 2004年2月，美国能源部出台了《氢态 势计划：综合研究、开发和示范计划》。
• 氢经济必须经历4个相互重叠、关联的阶 段： – 技术研发与示范(2000—2015年) – 前期市场渗透(2010—2025年) – 基础设施建设与投资(2015—2035年) – 氢经济实现(2025—2040年)
• 氢燃料电池工作原理：
• 氢燃料电池的应用：
•
把化学能直接转化为电能供机械应用
采 用 氢 燃 料 电 池 的 实 验 车
• 在旧金山召开的英特尔开发商论坛上， 千年电池公司向人们展示了一台运行原 型氢燃料电池的电脑。目前绝大多数笔 记本电脑在电池充满情况下可工作三到 四小时。
• 迄今，千年电池的 工作时间仅有三小 时，但是公司的开 发目标是将电池性 能提高到八小时。
• 但随后二十年间中东形势趋缓、原油价格 下跌，石油依旧成为交通运输业的首要选
择，因此对于氢经济发展的相关研究渐少。 直到1990年代末期气候变化（全球变暖 等）问题引起重视以后，氢能与氢经济又 再度成为世界各国研究的热点。
（1）美国氢经济发展战略：
• 美国在1990年就通过了氢能研究与发展、 示范法案。
因此利用常规能源生产的电能来大规模 的电解水制氢显然是不合算的。
• 热化学制氢
• 这种方法是通过外加高温热使水起化学 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。依靠这 种方法来大规模制氢还有待进一步研究。
氢能源的介绍课件PPT
天然气重整
01
通过高温和催化剂将天然气转化为氢气和二氧 化碳，这是目前最主要的氢气生产方式。
生物质发酵
03
利用生物质（如农业废弃物）通过发酵产生氢 气，这种方法具有可持续性，但目前生产效率
较低。
电解水
02
利用电解技术将水分解为氧气和氢气，这种方 法需要大量电力，通常在可再生能源丰富的地
区使用。
光解水
目前，全球各大汽车制造商都在积极研发和推广氢燃料电池 汽车，如丰田Mirai、本田Clarity和现代ix35等。这些车型已 经在部分国家和地区上市销售，成为未来可持续交通的重要 发展方向。
氢能源在航空领域的应用
航空领域是碳排放量较大的行业之一，氢能源的应用被认为是解决这一问题的有 效途径。目前，一些航空公司和科研机构正在开展氢燃料电池飞机的研发和试验 工作。
此外，氢能源还可以用于金属的还原、精炼和焊接等工艺 过程，以及用于生产高纯度的水和氧气等产品。
氢能源在家庭领域的应用
在家庭领域，氢能源可以用于供暖、 热水和烹饪等方面。例如，氢燃料电 池热水器和供暖系统可以利用氢气产 生热量，为家庭提供可持续的供暖和 热水解决方案。
此外，氢气还可以用于烹饪食品，如 煮饭和烤面包等。与传统的燃气灶相 比，氢气灶具可以提供更高效、安全 和环保的烹饪方式。
技术挑战
储存和运输
氢气在常温常压下呈气态，储存和运 输难度较大，需要高压或低温等特殊 条件，技术要求较高。
转化效率
目前氢能源的转化效率相对较低，需 要进一步提高技术水平以提高能源利 用效率。
安全问题
爆炸风险
氢气具有易燃易爆的特性，使用过程中存在一定的爆炸风险 ，需要采取严格的安全措施。
泄漏风险
第14章氢ppt课件
可
硒镍
见
化 镉
光
半
H2(g)
导
Fe(Ⅱ ),Fe(Ⅲ) 体 箔 电解质溶液
海水
海水制氢的装置示意图
我国已建成大型制氢设备
大容量电解槽体
H2
大型制氢站
氢气纯化装置
氢气储罐群
14.1.3 用途
燃料
氢 气（H2） 戊硼烷（B5H9） 戊 烷（C5H12）
燃烧值/kJ·kg-1 120918 64183 43367
，半径介于 F-与 Cl-间. 因此才显示出 NaCl 型.
（3）H-存在的重要化学证据：电解其与碱金属的熔融物，阳极放H2： 2 H- →H2 + 2e-
(4) 与水反应的实质是
H- +H2O → OH- + H2
(5)
此时 H- 表现出强还原性、不稳定性和强碱性.
(6)
利用这种性质可以 在实验室用来除去有机溶剂或惰性气体(如
CO2溶于水而分离出 H2 .
CO + H2 + H2O(g)
Fe2O3 > 723 K
CO2 + 2 H2
Question
1 用焦炭或天然气与水反应制 H2 ，为什么 都需在高温下进行？
因为这两个反应都是吸热反应：
CH4(g) + H2O(g) C (s) + H2O(g)
3 H2(g) + CO(g)，ΔHθm = 206.0 kJ•mol–1 H2(g) + CO(g), ΔHθm = 131.3 kJ•mol–1
氢气的储存
氢气的输送（利用）
14.2 核性质
(1) 同位素 主要同位素有3种，此外还有瞬间即逝的 4H 和 5H. 重氢以重水
氢能源的介绍课件PPT
• 微生物制氢
• 微生物制氢技术亦受人们的关注。利用微生物在常温常压下进行酶催 反应可制得氢气。生物质产氢主要有化能营养微生物产氢和光合微生 物产氢两种。属于化能营养微生物的是各种发酵类型的一些严格厌氧 菌和兼性厌氧菌）发酵微生物放氢的原始基质是各种碳水化合物、蛋 白质等。目前已有利用碳水化合物发酵制氢的专利，并利用所产生的 氢气作为发电的能源。光合微生物如微型藻类和光合作用细菌的产氢 过程与光合作用相联系，称光合产氢。
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。
焦炉煤气变压吸附制氢装置
未来型能源厂房
• 以天然气或轻质油为原料制取氢气该 法是在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＋H2O→CO＋H2 • CO＋H2O→COZ＋HZ • CnH2h＋2＋Nh2O→nCO＋（Zh＋l）
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。利用电网峰谷差电解水制氢，作为一种贮能手段也具有特点。我 国水力资源丰富，利用水电发电，电解水制氢有其发展前景。太阳能 取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已 进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高，成本的降低及 使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。同时，太阳能、风能 及海洋能等也可通过电制得氢气并用氢作为中间载能体来调节，贮存 转化能量，使得对用户的能量供应更为灵活方便。供电系统在低谷时 富余电能也可用于电解水制氢，达到储能的目的。我国各种规模的水 电解制氢装置数以百计，但均为小型电解制氢设备，其目的均为制提 氢气作料而非作为能源。随着氢能应用的逐步扩大，水电解制氢方法 必将得到发展。
氢能源知识普及PPT课件
氢能源的应用
煤制清洁能源
煤制天然气、煤制油是煤炭清洁利用的重要途径。 其中，煤制气的加氢气化过程以及煤制油直接液化 过程中需要通入大量的氢气。
氢在化石能源清洁利用中的应用
氢气是化石能源清洁利用的重要原料。油品质量升级和煤制 清洁能源是化石能源清 洁利用的主要途径，而加氢则是这些过程中的重要环节。
谢谢观看
除此之外，国家还应加快对燃料电池 关键原材料、零部件国产化、批量化 生产的支持
氢能源发展前景
不断整合燃料电池各方面优势，带动燃料电 池产业链的延伸。同时政府还应给予相关的 示范应用配套设施
并且支持对燃料电池相关产业链予以培育等, 以加快燃料电池车示范运营相关的法规
标准的制定和加氢站等配套设施的建设，推 动燃料电池汽车的载客示范运营。有政府的离不开能源，所 以必须寻找新的能源。随着化石 燃料耗量的日益增加，其储量日 益减少
什么是氢能源
终有一天这些资源、能源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富 的新的含能体能源
氢正是这样一种在常规能源危机的出 现和开发新的二次能源的同时，人们 期待的新的二次能源。氢位于元素周 期表之首，原子序数为1，常温常压 下为气态，超低温高压下为液态
在使用中存在安全隐患：点燃氢气前 必须验纯，氢气燃烧迅速，使用过程 中可能导致能源的浪费。
氢能源的应用
A P P L I C AT I O N O F H Y D R O G E N E N E R G Y
氢能源的应用
燃料电池是将氢气的化学能直接转化为电能的装置，具 有转换效率高、零排放等特点，是最佳的氢能利用技术 氢燃料电池汽车可实现真正的零排放、零污染，是传统 燃油汽车理想的替代品，也是氢能清洁利用的主要方式 分布式发电一般是指靠近最终用户或者就在最终用户处 的集成或者单机的小型发电装置。 氢燃料电池，以其具有的能源效率高、环境友好、占地 面积小、质量轻、运行稳定可靠、寿命长等特点
ppt9-氢能源
ppt9-氢能源1. 简介氢能源是一种清洁能源，其可再生性和零排放的特点使其成为解决能源短缺和环境污染的可行选择。
本文档将介绍氢能源的定义、原理和应用领域，以及相关的技术和挑战。
2. 氢能源的定义氢能源是指利用氢气作为能源媒介的能源系统。
氢气是最丰富的元素之一，可以通过多种方式获得，包括水电解、天然气蒸汽重整等。
在氢能源系统中，氢气可以通过与氧气反响产生电能，或者作为燃料进行燃烧产生热能。
3. 氢能源的原理在氢能源系统中，氢气可以通过两种方式转化为能源：燃烧和电化学反响。
在燃烧过程中，氢气与氧气反响产生热能，这种方式常用于燃气发电和燃料电池车辆等领域。
而在电化学反响中，氢气可以与氧气在燃料电池中发生电化学反响，产生电能。
4. 氢能源的应用领域氢能源在许多领域有广泛的应用前景，包括汽车、电力、工业等。
其中，燃料电池车辆是氢能源应用的一个重要领域。
燃料电池车辆使用氢气和氧气反响产生电能驱动车辆，具有零排放、续航里程长等优点。
此外，氢能源还可以用于储能系统、热采暖等领域。
5. 氢能源的技术和挑战尽管氢能源有很多应用领域和优点，但也面临一些技术和挑战。
其中一个重要的挑战是氢气的储存和输送问题。
由于氢气具有很高的压缩性和易燃性，需要设计平安可靠的储存和输送系统。
此外，氢能源的生产和制造本钱目前较高，需要进一步降低以增加其竞争力。
6. 结论氢能源作为一种清洁能源具有重要的应用前景。
通过燃烧和电化学反响，氢气可以转化为热能和电能，在汽车、电力和工业等领域有广泛的应用。
然而，氢能源的应用仍面临一些技术和经济挑战，需要通过进一步的研究和创新来解决。
总之，氢能源是一个具有巨大潜力的能源选择，值得进一步开展和推广。
以上就是关于ppt9-氢能源的介绍，希望对您理解氢能源有所帮助。
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氢能PPT新能源—氢能开发新能源意义氢能优势及产⽣储氢材料氢能开发利⽤展望1.开发新能源意义传统能源新能源柴薪煤⽯油天然⽓?太阳能风能?地热能?海洋能?核能⽣物质能氢能资源丰富，分布⼴泛可再⽣⽆污染新能源传统能源煤⽯油等燃料的燃烧污染环境需求量⼤导致资源匮乏不可再⽣2. 氢能优势及产⽣三⼤优势原料⽔，资源⾜燃烧放热多，142，351kJ/kg汽油发热值3倍燃烧产物⽔，⽆污染氢能产⽣氢能是极理想⼆次能源，被誉为“绿⾊能源”。
是通过⼀定⽅法利⽤其他能源制取的。
⼆次氢能能源⼜可分为“过程性能源”和“含能体能源”。
当今电能就是应⽤最⼴的“过程性能源”，其特点为不易储存；柴油、汽油则是应⽤最⼴的“含能体能源”，可直接储存。
3. 储氢材料⼀种是将原有的储氢材料纳⽶化，还有⼀种就是开发新的纳⽶材料作为储氢材料如碳纳⽶管液态有机储氢材料借助不饱和液体有机物与氢的⼀对可逆反应, 即加氢和脱氢反应来实现，加氢反应时贮氢,脱氢反应时放氢。
?常⽤的有机物氢载体有苯、甲苯、甲基环⼰烷、萘等⾦属与氢形成化合物诸如离⼦型化合物⼀定条件下能将氢释放出来符合要求的有镁系、稀⼟系、钛系和锆系等合⾦储氢材料纳⽶储氢材料常见的储氢材料碳纳⽶管储氢材料4.氢能开发利⽤三⼤⽅⾯ab c依靠氢能氢动⼒汽车氢能发电a.依靠氢能⾄1928年，德国齐柏林公司利⽤氢的巨⼤浮⼒，制造了世界上第⼀艘“L Z—127齐柏林”号飞艇，⾸次把⼈们从德国运送到南美洲，实现了空中飞渡⼤西洋的航程。
⼤约经过了⼗年的运⾏，航程16万多公⾥，使1.3万⼈领受了上天的滋味，这是氢⽓的奇迹。
更先进的是本世纪50年代，美国利⽤液氢作超⾳速和亚⾳速飞机的燃料，使B57双引擎辍炸机改装了氢发动机，实现了氢能飞机上天。
特别是1957前苏联宇航员加加林乘坐⼈造地球卫星遨游太空和1963年美国的宇宙飞船上天，紧接着1968年阿波罗号飞船实现了⼈类⾸次登上⽉球的创举。
这⼀切都依靠着氢燃料的功劳。
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中文名 氕*(音撇) 氘 (音刀) 氚(音川)
英文名称 protium deuterium tritium
表示方法 1H 2H 3H
符号 H D T
说明 稳定同位素 稳定同位素 放射性同位素
* 氕这个名称只在个别情况下使用，通常直接叫氢；氘有时又叫“重氢”.
2. 同位素效应
一般情况下不同的同位素形成的同型分子表现为
R
势
能
H–H 键焓
D–D 键焓
H2的零点能 D2的零点能
H2, D2分子的势能曲线
3. 制备
氕(11H)是丰度最大的氢同位素, 占99.9844%；同位 素21H叫氘, 占0.0156%。氚(31H)存在于高层大气中，它 是来自外层空间的中子轰击N原子产生的：
17N 40 1 n 1 6C 23 1 H
6. 氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素。
9.1 氢的同位素
9.2 天然资源和工业制备方法 9.3 氢的性质 9.4 氢的用途 9.5 二元氢化合物的分类
9.1 氢的同位素
Isotopes of hydrogen
1. 同位素
主要同位素有3种，此外还有瞬间即逝的 4H 和
5H。重氢以重水（D2O）的形式存在于天然水中，平 均约占氢原子总数的 0.016%。
净 反 应 H2O(g)1 3 00 KH2(g)2 1O2(g)
● 电解 20% NaOH或 15% KOH水溶液，耗能
大，效率也只 32%
4OH- → O2+2H2O + 4e- (阳极)
极为相似的物理和化学性质。然而，质量相对差特大
的氢同位素却表现不同：
标准沸点/℃
H2 –252.8
平均键焓/(kJ•mol–1) 436.0
D2
H2O
–249.7 100.00
443.3 463.5
D2O 101.42 470.9
相同化学环境下E－D键焓高 于E－H键焓的现象在很大程度上 是由零点能的差别引起的。零点 能低时键焓相对比较高，零点能 高时键焓相对比较低。
kJ•mol–1
CH4 + 2 O2
CO2 + 2 H2O,
ΔH
θ m
=
–
803.3
kJ•mol–1
这样靠“内部燃烧”放热，供焦炭或天然气与水作
用所需热量，无须从外部供给热量。
● 热化学循环法制 H2
2H 2O(l)SO 2I2(s )2 9 8 KH2SO 4(aq2 ) HI(aq) H2SO 4(g )1 0 73 KH2O(gS ) O 4(g)2 1O2(g) 2HI( g8 7 ) 3 KH2(g)I2(g)
利用重水与水的差别，富集重水，再以任一种从水
中制 H2 的方法从 D2O 中获得 D。
慢中子轰击锂产生
3 1
H
：
6 3 Li0 1 n 3 1 H 4 2 He
我国首座重水堆核电站— 秦山三核用上国产核燃料
9.2 天然资源和工业制备方法 Natural recourses and industrial preparation methods
N2
H2
NaH
H2
H2
CH4 1143 K
H2O C
1273 K
H2
热解 电 解 光解
H2
H2
H2
● Zn + H3O+ →Zn2+ + 2H2O + H2 ↑
实验室中制氢的主要方法
H2S 锌中含微量 ZnS AsH3 锌和硫酸中含微
量As SO2 锌还原 H2SO4 产生
H2S + Pb2+ + 2H2O →PbS + 2H3O+ AsH3+3Ag2SO4+3H2O→
H2(g31 )118 0 k 0P 0金 a 0属 K (s氢 H )2(g2) .5 7170 8kKPH a(s)
金刚石砧
★ 木星结构
根据先锋飞船探测 得知，木星大气含氢 82%，氦17%，其他 元素<1%。
大气层 顶
云层顶
液
氢
液态金属氢
岩石核 心
2. 制备 (每年估计达500×109m3)
6Ag+H3AsO3+3H2SO4
SO2 + 2KOH → K2SO3 + H2O
工业制造方法
水蒸气转化法
industrial preparation methods
CH4(g) + H2O(g) 1 273 K 3 H2(g) + CO(g)
水煤气反应
C (s) + H2O(g) 1 273 K H2(g) + CO(g)
为什么都需在高温下进行？
Solution
CH4(g) + H2O(g)
3 H2(g) + CO(g)，
C (s) + H2O(g)
ΔH
θ m
=
206.0
kJ•mol–1
H2(g) + CO(g),
ΔH
θ m
=
ห้องสมุดไป่ตู้
131.3
kJ•mol–1
要反应得以进行，则需供给热量：
C + O2
CO2,
ΔH
θ m
=
–393.7
为了制氢，必须分离出CO。可将水煤气连同水蒸
气一起通过红热的氧化铁催化剂，CO变成 CO2 ，然后 在 2×106 下用水洗涤 CO2 和 H2 的混合气体，使 CO2 溶于水而分离出 H2 。
CO + H2 + H2O(g)
Fe2O3 > 723 K
CO2 + 2 H2
Question 1
用焦炭或天然气与水反应制 H2 ，
1. 存在
氢是宇宙中丰度最高的元
素，在地球上的丰度排在第15 位。 某些矿物( 例如石油、天 然气)和水是氢的主要资源，大 气中 H2 的含量很低是因为它太 轻而容易脱离地球引力场。
★ 氢的存在状态
氢的状态 金属氢(s) 液态氢(l) 固态氢(s)
密度/(g·cm-3) 0.562
0.071
0.089
第9 章
氢
H
氢是周期表中唯一尚未找到 确切位置的元素.· · · ···
本章教学要求
1. 了解氢在周期表中的位置； 2. 了解氢的存在和用途，掌握氢的主要 3. 工业和实验室制法； 3. 认识氢的三种同位素； 4. 掌握二元氢化物的分类及其特点； 5. 了解氢能源（发生、储存、利用）。
化学元素中, 氢在哪些方面显得独一无二?
副篇内容 1. 氢是宇宙中丰度最大的元素, 按原子
2. 数计占90%, 按质量计则占75%。 2. 氢的三种同位素质量之间的相对差值特别高，并因此而
各有自己的名称, 这在周期表元素中绝无仅有。 3. 氢原子是周期表中结构最简单的原子。 4. 氢化学是内容最丰富的元素化学领域之一。
5. 氢形成氢键。如果没有氢键，地球上不会存在液态水！ 6. 人体内将不存在现在的DNA双螺旋链！