制取氢氧化亚铁

制取氢氧化亚铁 摘要：氢能是一个理想的新的含能体能源，不过要利用氢能必需制备氢能和储运氢能，氢的规模制备是氢能应用的基础，氢的规模储运是氢能应用的关键，氢燃料电池汽车是氢能应用的关键路径和最好表现形式，三方面只有有机结合才能使氢能快速走向实用化，现在我国外关键从事氢能的规模制备和氢能的规模储运的开发研究，并取得了一定的进展。关键词：氢能；燃料；制取；储存中图分类号：TQ011 文件标识码：A1 氢的关键制取技术电解水制氢这种方法是基于以下的氢氧可逆反应：H2+1/202-n20+Q 分解水所需要的能量p是由外加电能提供的。为了提升制氢效率，电解通常在高压下进行，采取的压力多为3050 MPa。现在电解效率约为5070。因为电解水的效率不高且需消耗大量的电能，所以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。从化石燃料中制氢这是过去及现在采取最多的方法。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础反应过程为：用天然气作原料、蒸汽作催化剂的制氢化学反应为：CH2+H2 +3H2+CO 上述反应均为吸热反应，反应过程中所需的热量能够从煤或天然气的部分燃烧中取得，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全部是以天然气为原料。天然气和煤全部是宝贵的燃料和化工原料，用它们来制氢显然摆脱不了大家对常规能源的依靠。热化学制氢这种方法是经过外加高温高热使水起化学分解反应来获取氢气。到现在为止虽有多个热化学制氢方法，但总效率全部不高，仅为2050，而且还有很多工艺问题需要处理。伴随新能源的崛起，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。现在正在探索的太阳能制氢技术有以下几个：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。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，即使其分解效率高，不需催化剂，但太阳能聚焦费用太昂贵。后者是在水中加入催化剂，使水中氢和氧的分解温度降低到90二1200 K，催化剂可再生后循环使用，现在这种方法的制氢效率已达50。太阳能光化学分解水制氢将水直接分解成氧和氢是很困难的，但把水先分解为氢离子和氢氧离子，再生成氢和氧就轻易得多。基于这个原理，优秀行光化学反应，再进行热化学反应，最终再进行电化学反应即可在较低温度下取得氢和氧。在上述三个步骤中可分别利用太阳能的光化学作用、光热作用和光电作用。这种方法为大规模利用太阳能制氢提供了实现的基础，其关键是寻求光解效率高、性能稳定、价格低廉的光敏催化剂。2 氢的储存技术吸附储氢现在，用于储氢的吸附剂关键有：分子筛；通常活性炭；比表面积高的活性炭；新型吸附剂。前3种为常规吸附剂，吸附储氢能力以比表面积高的活性炭为最好，通常活性炭次之。这里关键介绍常规吸附剂比表面积高的活性炭，单位质量表面积比常规活性炭大得多，吸附储氢性能也较常规活性炭优越。在适度压力、低温下，活性炭吸氢量随温度的降低而急剧增大。比表面积高的活性炭经过MACS处理，即表面酸性和金属改性处理，其吸附储氢能力最少可提升20wt%。活性炭吸附储氢性能和储氢的温度和压力亲密相关：通常来说，温度越低，压力越高，储氢量越大。比表面积高的活性炭和常规活性炭相比，其体积密度普遍较小，若同时考虑体积原因，其储氢量也只比常规活性炭大25%。所以，在对活性炭进行MACS处理的同时也应采取方法，提升其体积密度。改变体积密度对储氢性能的影响效果往往是表面改性的2倍。据报道，活性炭吸附储氢的最好性能值在77K时己达%。值得一提的是，这种储氢更应注意氢的脱附情况，仅用单位重量储氢量来评定系统的经济性是不全方面的。装设活性炭的储氢器，150K时的残留氢是300K时的2倍，80K时为300K时的4倍。杂质气体对活性炭的吸氢性能影响很大，且往往只能经过真空加热来复活。将氢预冷至150K以下后，活性炭吸附储氢性能和高压储氢在此温度下的性能相差不大，这是活性炭储氢未受重视的主要原因。增大活性炭比表面积时还须考虑强度问题，以防粉化。使用容量比率来评价其经济性较为客观。活性炭吸附储氢较适合用于大规模储氢系统。目前在此方面的研究关键有：适宜氢气储存、成本较低的表面改性；提升体积密度以提升其储存经济性；改进吸脱附件能。详细的工程应用是作为汽车燃料的低压储氢系统。液化储氢常压下，液氢的溶点为20K、气化潜热为921kJ/kmol。常温、常压下液氢的密度为气态氢的845倍，液氢储存的体积能量密度比压缩储存高好几倍。液氢的热值高，每千克热值为汽油的3倍。所以，液氢储存尤其适宜储存空间有限的运载场所。液氢储存的质量最小，储箱体积也比高压压缩储氢小得多。因此，若仅从质量和体积上考虑，液化储存是一个极为理想的储氢方法。有机液体储氢选取适宜的催化剂，在较低压力和相对高的温度下，一些有机物液体可做氢载体，达成储存和输送氢的目标。常见的有机物氢载体关键有：苯、甲苯、甲基环已烷、萘，苯、甲苯和萘的性能参数值较高，其中萘最高。但萘烷的脱氢为非可逆过程，无法循环利用萘；而苯、甲苯的脱氢为可逆过程，因此常选苯和甲苯做储氢剂。氢经过催化加氢装置被寄存于甲苯或甲基环己烷中。氢载体在常压下呈液态，储存和运输简单易行。输送到目标地后，经过催化脱氢装置使寄存的氢脱离，储氢剂-苯或甲苯经冷却后储存、运输，并可循环利用。金属氢化物储氢一些金属或合金和氢反应后以金属氢化物形式吸氢，生成的金属氢化物加热后释放出氢，可有效地利用这一特征储氢。有些金属氢化物储氢密度可达标准状态下氢气的1000倍，和液氢相同甚至超出液氢。另外，金属氢化物还含有氢气纯化、压缩的功效，仅需一次吸放氢循环，就可将4个9的氢提纯至6个9。氢以原子态储存于合金中。重新释放出来时，经历扩散、相变、化合等过程。这些过程受到热效应和反应速度的制约，不易爆炸，安全程度高。3 总结氢不仅是一个优质燃料，还是石油、化工、化肥和冶金工业中的主要原料和物料。石油和其它化石燃料的精炼需要氢，如烃的增氢、煤的气化、重油的精炼等；化工中制氨、制甲醇也需要氢。氢还用来还原铁矿石，制成燃料电池可直接发电。采取燃料电池和氢气一蒸汽联合循环发电，其能量转换效率将远高于现有的火电厂。伴随制氢、氢能储运及燃料电池技术的发展，氢能将成为其它新能源和可再生能源的最好载体替换化石能源。