能源化工--氢讲义PPT(40张)

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

• 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。

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

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