制氫工藝與技術(shù)

0緒論/1
0.1氫氣是“全能”的高級(jí)能源并可能成為下一個(gè)“主體能源”/1
0.2氫在減排溫室氣體中的重要地位/2
0.3多種多樣、豐富多彩的制氫方法/3
0.3.1根據(jù)制氫原料分類/3
0.3.2根據(jù)制氫原理分類/4
0.4我國(guó)是世界產(chǎn)氫第一大國(guó)，化石燃料是目前制氫主力/5
0.4.1全國(guó)煤炭、天然氣制氫潛在產(chǎn)能/5
0.4.22016年全國(guó)氯堿、甲醇、合成氨的副產(chǎn)氫氣產(chǎn)能/5
0.5氫能是二次能源嗎？/6

第1章煤制氫/9
1.1傳統(tǒng)煤制氫技術(shù)/10
1.2煤氣化制氫工藝/10
1.2.1煤的氣化/10
1.2.2一氧化碳變換/11
1.2.3酸性氣體脫除技術(shù)/11
1.2.4H2提純技術(shù)/12
1.2.5“三廢”處理/12
1.3煤制氫國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀/12
1.3.1國(guó)外煤制氫發(fā)展?fàn)顩r/12
1.3.2國(guó)內(nèi)煤制氫發(fā)展?fàn)顩r/13
1.4煤氣化技術(shù)/13
1.4.1固定床氣化技術(shù)/13
1.4.2流化床氣化技術(shù)/14
1.4.3氣流床氣化技術(shù)/14
1.5煤制氫技術(shù)經(jīng)濟(jì)性/16
1.5.1煤制氫與天然氣制氫的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比/16
1.5.2煤制氫技術(shù)經(jīng)濟(jì)影響因素分析/18
1.6煤制氫前景/19
1.7褐煤制氫/20
1.7.1背景介紹/20
1.7.2工藝介紹/21
1.7.3成本計(jì)算及CO2排放量/23
1.7.4總結(jié)與展望/24
1.8煤炭地下氣化制氫/25
1.8.1煤炭地下氣化研究綜述/25
1.8.2國(guó)外煤炭地下氣化/25
1.8.3我國(guó)的地下煤氣化試驗(yàn)/26
1.8.4地下煤氣化制氫前景/27
1.9煤制氫零排放技術(shù)/28
1.10電解煤水制氫/29
1.10.1電解煤水制氫的研究現(xiàn)狀和前景/29
1.10.2電解煤水制氫的反應(yīng)機(jī)理/30
1.10.3電解煤水制氫技術(shù)的特點(diǎn)/33
1.11超臨界煤水制氫/35
1.11.1概論/35
1.11.2我國(guó)研究情況/35
1.11.3國(guó)外研究情況/37
1.11.4展望/37
1.12煤/石油焦制氫/38
參考文獻(xiàn)/38

第2章天然氣制氫/42
2.1天然氣在含氧(元素)環(huán)境下的制氫技術(shù)/42
2.1.1基本原理/42
2.1.2技術(shù)進(jìn)展/43
2.1.3關(guān)鍵設(shè)備/47
2.1.4優(yōu)點(diǎn)與問題/49
2.2天然氣氧芳構(gòu)化制氫工藝/49
2.2.1基本原理/49
2.2.2制氫工藝/50
2.2.3設(shè)備/53
2.2.4優(yōu)點(diǎn)與問題/53
2.3天然氣直接裂解制氫與碳材料工藝/53
2.3.1基本原理/53
2.3.2制氫氣工藝/54
2.3.3反應(yīng)設(shè)備/57
2.3.4優(yōu)點(diǎn)與問題/59
參考文獻(xiàn)/59

第3章石油制氫/63
3.1石油制氫原料/63
3.2制氫工藝簡(jiǎn)介/64
3.2.1石腦油制氫/64
3.2.2重油制氫/64
3.2.3石油焦制氫/65
3.2.4煉廠干氣制氫/65
3.3石油原料制氫經(jīng)濟(jì)/66
參考文獻(xiàn)/67

第4章可再生能源制氫/68
4.1太陽(yáng)能制氫/68
4.1.1太陽(yáng)光直接分解水制氫/68
4.1.2太陽(yáng)光熱化學(xué)分解水制氫/73
4.1.3太陽(yáng)能發(fā)電、電解水制氫（PTG)/73
4.2生物質(zhì)能制氫/74
4.2.1生物質(zhì)生物發(fā)酵制氫/75
4.2.2生物質(zhì)化工熱裂解制氫/76
4.2.3生物質(zhì)制乙醇、乙醇制氫/79
4.3風(fēng)能制氫/84
4.3.1風(fēng)電制氫/84
4.3.2風(fēng)氫能源系統(tǒng)（WHHES）介紹/85
4.3.3應(yīng)用范例/86
4.3.4吉林省長(zhǎng)嶺縣龍鳳湖20萬(wàn)千瓦風(fēng)電制氫及HCNG示范項(xiàng)目介紹/87
4.4海洋能制氫/89
4.4.1潮汐能/89
4.4.2波浪能/89
4.4.3溫度差能/89
4.4.4海流能/90
4.4.5海洋鹽度差能/90
4.4.6海草燃料/91
4.4.7海洋能制氫前景/91
4.5水力能制氫/91
4.5.1水力能資源/91
4.5.2水力能發(fā)電制氫/91
4.5.3水力能制氫優(yōu)勢(shì)/92
4.6地?zé)崮苤茪?92
參考文獻(xiàn)/92

第5章太陽(yáng)能光解水制氫/96
5.1光催化研究開端/96
5.2光催化分解水的基本原理/97
5.2.1光催化分解水過(guò)程/97
5.2.2光催化分解水反應(yīng)熱力學(xué)/97
5.2.3光催化分解水反應(yīng)動(dòng)力學(xué)/98
5.3研究進(jìn)展/99
5.3.1分解水制氫光催化劑/99
5.3.2提高光催化劑分解水制氫效率的方法/101
5.3.3光催化分解水制氫反應(yīng)器/103
5.4結(jié)論與展望/109
參考文獻(xiàn)/109

第6章生物質(zhì)發(fā)酵制氫/113
6.1基本原理/113
6.2研究進(jìn)展/114
6.2.1接種物的選擇以及處理方式/114
6.2.2反應(yīng)pH值/116
6.2.3溫度/116
6.2.4原料/116
6.2.5反應(yīng)器/117
6.3案例介紹/117
6.4優(yōu)點(diǎn)與問題/119
參考文獻(xiàn)/119

第7章生物質(zhì)熱化學(xué)制氫/122
7.1生物質(zhì)簡(jiǎn)介/122
7.2生物質(zhì)熱解制氫/123
7.2.1生物質(zhì)熱解反應(yīng)/123
7.2.2生物質(zhì)熱解制氫的影響因素/125
7.2.3生物質(zhì)熱解制氫反應(yīng)器及技術(shù)/130
7.3生物質(zhì)氣化制氫/133
7.3.1生物質(zhì)氣化原理/134
7.3.2氣化介質(zhì)/134
7.3.3氣化爐及工藝/135
7.3.4生物質(zhì)氣化過(guò)程強(qiáng)化/137
7.3.5生物質(zhì)超臨界水氣化制氫/138
7.4生物油制氫技術(shù)/139
7.4.1生物油簡(jiǎn)介/139
7.4.2生物油蒸汽重整制氫/139
7.4.3生物油自熱重整制氫/140
7.4.4生物油重整制氫反應(yīng)器技術(shù)/141
7.5生物質(zhì)熱化學(xué)制氫技術(shù)評(píng)述/143
7.5.1生物質(zhì)熱化學(xué)制氫的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性/143
7.5.2生物質(zhì)熱化學(xué)制氫的CO2排放/144
參考文獻(xiàn)/145

第8章核能制氫/149
8.1核能制氫技術(shù)/149
8.1.1核能制氫主要工藝/150
8.1.2核能制氫用反應(yīng)堆/153
8.2核能制氫國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展/154
8.2.1日本/155
8.2.2美國(guó)/155
8.2.3法國(guó)/155
8.2.4韓國(guó)/156
8.2.5加拿大/156
8.2.6中國(guó)/157
8.3核能制氫的經(jīng)濟(jì)性與安全性/160
8.3.1經(jīng)濟(jì)性/160
8.3.2安全性/161
8.4核能制氫的綜合應(yīng)用前景/162
8.4.1核能制氫——?dú)湟苯?162
8.4.2其他/164
參考文獻(xiàn)/165

第9章等離子體制氫/167
9.1等離子體簡(jiǎn)介/167
9.2等離子體的制備/168
9.3等離子體制氫研究現(xiàn)狀/169
9.4等離子體制氫的優(yōu)缺點(diǎn)/173
參考文獻(xiàn)/174

第10章汽油、柴油制氫/175
10.1基本原理/175
10.2研究進(jìn)展/176
10.2.1汽油、柴油制氫工藝/176
10.2.2設(shè)備/179
10.3優(yōu)點(diǎn)與問題/181
參考文獻(xiàn)/181

第11章醇類重整制氫/184
11.1甲醇制氫/184
11.1.1甲醇水蒸氣重整制氫/184
11.1.2甲醇水相重整制氫/189
11.2生物燃料乙醇制氫/189
11.2.1乙醇直接裂解制氫/191
11.2.2乙醇水蒸氣重整制氫/191
11.2.3乙醇二氧化碳重整制氫/193
11.2.4乙醇制氫催化劑/194
11.3醇類重整制氫反應(yīng)器及技術(shù)/198
11.3.1固定床反應(yīng)器/199
11.3.2微通道反應(yīng)器/200
11.3.3微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器/203
11.3.4膜反應(yīng)器/205
11.4電催化強(qiáng)化乙醇制氫/208
11.5等離子體強(qiáng)化乙醇制氫/208
11.6甲醇、乙醇制氫技術(shù)的特點(diǎn)和問題/209
11.6.1甲醇、乙醇制氫的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性/209
11.6.2甲醇、乙醇制氫的CO2排放/209
11.6.3制氫與燃料電池耦合系統(tǒng)/209
參考文獻(xiàn)/212

第12章甘油重整制氫/217
12.1背景及甘油的來(lái)源/217
12.2甘油的物化性質(zhì)/218
12.3甘油水蒸氣重整制氫/219
12.3.1熱力學(xué)分析/220
12.3.2反應(yīng)機(jī)理/221
12.3.3催化劑/223
12.4甘油水相重整制氫/229
12.5甘油干重整制氫/231
12.6甘油光催化重整制氫/231
12.7甘油高溫?zé)峤夥ㄖ卣茪?232
12.8甘油超臨界重整制氫/232
12.9甘油吸附增強(qiáng)重整制氫/232
12.10甘油制氫技術(shù)的CO2排放/237
12.11甘油制氫技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性/237
參考文獻(xiàn)/239

第13章甲酸分解制氫/243
13.1基本原理/243
13.2甲酸的來(lái)源/243
13.3甲酸分解催化劑/245
13.3.1均相催化劑/245
13.3.2非均相催化劑/252
13.4甲酸分解制氫技術(shù)及設(shè)備/258
13.5甲酸分解制氫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和問題/259
參考文獻(xiàn)/260

第14章氨氣制氫/264
14.1氨制氫原理/264
14.1.1氨分解制氫的熱力學(xué)/264
14.1.2氨分解制氫的動(dòng)力學(xué)/265
14.1.3熱催化法分解氨氣制氫/267
14.1.4等離子體催化氨制氫新工藝/268
14.2氨制氫的設(shè)備/268
14.3其他氨分解制氫方法/268
14.4和甲醇制氫比較/269
參考文獻(xiàn)/270

第15章烴類分解生成氫氣和炭黑的制氫方法/272
15.1烴的定義及制氫方法/272
15.2烴類分解制取氫氣和炭黑方法/272
15.2.1熱裂解法/272
15.2.2等離子體法/273
15.3天然氣催化熱裂解制造氫氣和炭黑（TCD）/273
15.3.1傳統(tǒng)的天然氣熱裂解/273
15.3.2天然氣熱裂解制氫氣和炭黑的新方法/273
15.3.3天然氣催化熱裂解制造氫氣和炭黑(TCD)/274
15.4熱分解制氫氣和炭黑與傳統(tǒng)方法的比較/274
15.4.1分解甲烷的能耗/274
15.4.2氫氣產(chǎn)品的能耗與原料消耗/275
15.4.3排放CO2比較/275
15.4.4能量利用比較/275
參考文獻(xiàn)/275

第16章NaBH4制氫/276
16.1基本原理/276
16.2研究進(jìn)展/277
16.2.1NaBH4制氫工藝/277
16.2.2設(shè)備/279
16.3優(yōu)點(diǎn)與問題/281
參考文獻(xiàn)/281

第17章硫化氫分解制氫/282
17.1硫化氫分解反應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)/282
17.1.1反應(yīng)原理/282
17.1.2熱力學(xué)分析/282
17.1.3動(dòng)力學(xué)研究/283
17.1.4動(dòng)力學(xué)反應(yīng)機(jī)理/283
17.2硫化氫分解方法/284
17.2.1熱分解法/284
17.2.2電化學(xué)法/285
17.2.3電場(chǎng)法/286
17.2.4微波法/286
17.2.5光化學(xué)催化法/286
17.2.6等離子體法/286
17.3主要研究方向/288
參考文獻(xiàn)/289

第18章金屬粉末制氫/290
18.1什么金屬能制氫/290
18.2鋁制氫/291
18.2.1Al-H2O體系/291
18.2.2鋁制氫設(shè)備/295
18.3鎂制氫/295
18.4鋅制氫/296
18.5鐵制氫/297
18.6結(jié)語(yǔ)和展望/297
參考文獻(xiàn)/297

第19章液氫/299
19.1液氫背景及性質(zhì)/299
19.1.1液氫性質(zhì)/299
19.1.2液氫外延產(chǎn)品/299
19.2液氫用途/302
19.3液氫的生產(chǎn)/302
19.3.1正氫與仲氫/302
19.3.2液氫生產(chǎn)工藝/303
19.3.3液氫生產(chǎn)典型流程/305
19.3.4全球液氫生產(chǎn)/307
19.3.5液氫生產(chǎn)成本/308
19.4液氫的儲(chǔ)存與運(yùn)輸/309
19.4.1液氫儲(chǔ)存/309
19.4.2液氫運(yùn)輸/310
19.5液氫加注系統(tǒng)/312
19.5.1液氫加注系統(tǒng)/312
19.5.2防止兩相流的措施/312
19.6液氫的安全/313
19.7中國(guó)液氫/314
19.8小結(jié)/315
參考文獻(xiàn)/315

第20章副產(chǎn)氫氣的回收與凈化/317
20.1變壓吸附法/318
20.1.1背景/318
20.1.2氫氣分離的各種方法比較/318
20.1.3變壓吸附制氫工藝/319
20.1.4變壓吸附在氫氣分離中的應(yīng)用與發(fā)展/323
20.2膜分離法/325
20.2.1有機(jī)膜分離/325
20.2.2機(jī)膜分離/330
20.2.3液態(tài)金屬分離/331
20.3深冷分離法/332
20.3.1低溫吸附法/332
20.3.2工業(yè)化低溫分離/333
參考文獻(xiàn)/333