米乐m6清洁能源氢能课件1、氢 能1清洁能源清洁能源氢能课件第1页主要内容序言氢能发展史氢制取氢储存与输运氢应用氢安全性2清洁能源氢能课件第2页让我们带着以下问题走进氢能世界氢能氢能利用现实状况氢能一般特征氢能储存与运输氢能生产什么是氢能氢能限制清洁能源氢能课件第3页序言二次能源 联络一次能源和用户中间纽带，可分为 “含能体能源” 和“过程性能源”，当前电能是当前应用最广“过程性能源”。4清洁能源氢能课件第4页中国能源一次能源需求 中国一次能源需求总量 （指交通运输、农业、服务业及未指明行业） 清洁能源氢能课件第5页 序言氢能，新含能体能源 因为当前“过程性能源”尚不能大量地直接储存，所以汽车等交通工具只能采取汽油、

　　2、柴油这一类“含能体能源”。 伴随常规能源危机出现，在开发新一次能源(如可燃冰)同时，人们将目光也投向寻求新“含能体能源”，氢能正是一个值得期待新型二次能源。 已经有资料表明，如车用燃料使用20% H2 + 80% CH4，尾气中COx(CO与CO2)可降低20%、NOx可降低40%。 6清洁能源氢能课件第6页为何氢是永恒能源？氢资源丰富 存在形式氢起源丰富 制取方法氢是最环境保护能源 利用低温燃料电池，由电化学反应将氢转化为电能和水，不排放CO2和NOx；使用氢燃料内燃机，也可显著降低污染。氢气含有可储存性 与电、热最大不一样氢可再生性 循环永无止境氢是“和平”能源 中东战争氢是安全能源 氢扩

　　3、散能力很大，不具毒性及放射性7清洁能源氢能课件第7页名称氢气甲烷汽油乙醇甲醇燃烧值 / kJ kg-1121, 06150, 05444, 46727, 00620, 2548表3-1 几个物质燃烧值 氢燃烧热值高 高于全部化石燃料和生物质燃料为何氢是永恒能源？ 氢燃烧稳定性好 燃烧充分清洁能源氢能课件第8页氢能量转化载体 因为含有上述优点，而且当前电能存在着难以储存米乐m6手机版、远程输运时损耗大缺点，故在未来能源体系中，氢能将成为各种能量形式之间转化最优良载体。 9清洁能源氢能课件第9页氢能发展史发展期1970年，通用汽车企业技术中心提出“氢经济”概念，主要思绪是利用大型核电站电力电解水制氢。1974年

　　4、，受石油危机影响和启迪，一些学者组建了国际氢能协会(International Association for Hydrogen Energy, IAHE)。IAHE随即创办了国际氢能杂志并举行了两年一次世界氢能大会。10清洁能源氢能课件第10页氢能发展史步入工程探索阶段二十世纪80年代，德国认真地提出HYSOLAR计划，它是德国/沙特在阿拉伯半岛项目，计划用沙漠地带太阳能制氢。改项目已经过试验示范了太阳发电和电解直接结合，示范功率到达350kW。德国还考虑利用加拿大廉价水电就地电解水制氢，液化后用船运输液氢到欧洲。11清洁能源氢能课件第11页氢能发展史为科学家认可近年来燃料电池技术低温质子交

　　5、换膜燃料电池和高温固体氧化物燃料电池发展快速，被广泛认为将成为未来人类社会中主要动力起源，尤其是用于发电和交通工具方面而燃料电池最适宜燃料就是氢。所以，科学家们预测，氢能将与电能一起成为未来能源体系两大支柱。 12清洁能源氢能课件第12页二十一世纪将是“氢经济(Hydrogen economy)”时代 13一次能源 二次能源 最终用户 太阳能风能海洋能地热能汽车、飞机、船舶电 力氢 气工业、农业、民生制氢发电燃料电池电解水图3-1 设想中二十一世纪能源结构体系清洁能源氢能课件第13页美国能源部 Hydrogen Posture Plan第一阶段(Phase I)为相关技术研发阶段，并在此基础上

　　6、做出是否商业化决议，此阶段中政府将起到主导作用;在第二阶段(Phase II)，氢能初步进入市场，便携式电源和固定/运输系统开始实现商业化，并在国家政策引导下开始与氢能相关基础建设投资；进入第三阶段(Phase III)后，氢能源和运输系统实用化，市场和基建投资规模不停扩大；第四阶段(Phase IV)为市场与基础建设均已完善阶段，氢能源和运输系统广泛应用于各个领域，完全实现“氢经济”。 14清洁能源氢能课件第14页已开展大规模氢能开发项目冰岛于1999年在其首都雷克雅未克开启了“生态城市交通系统”(Ecological City Transport System, ECTOS)计划，并为

　　7、此专门成立了冰岛新能源企业(Icelandic New Energy Ltd.)负责实施该计划其总体目标是在2030年左右，冰岛全境实现以氢能替换传统燃料。因为当前冰岛所使用能源主要来自地热和水力发电，所以主要采取电解水技术(在加氢站就地)制氢，以燃料电池作为主要动力设备。 15清洁能源氢能课件第15页现实状况与展望当前全世界每年约生产51012 Nm3氢气，主要用于化学工业，尤以合成氨和石油加工工业用量最大。90%以上氢气是以石油、天然气和煤为原料制取，北美95氢气产量来自天然气蒸汽重整。若构想将这些氢气全部作为能源，仅相当于全球年能耗1.5%。16清洁能源氢能课件第16页现实状况与展望线、“氢经济”距离人们日常生活还比较遥远主要原因是氢能大规模利用离不开大量廉价氢取得和安全、高效氢气储存与输送技术，以及应用技术开发。而现阶段科技水平与这些条件相比尚存在一定差距，急需处理很多技术方面难题。17清洁能源氢能课件第17页现实状况与展望譬如，就当前而言，只有经过矿物燃料(主要是天然气)重整技术才能取得相对廉价氢，并非久远之计，因而，能否开发真正可连续发展、大规模廉价制氢技术将成为“氢经济”能否最终实现关键所在；另外，氢气以何种方式储存及输送最经济、最合理也是亟待处理问题 。18清洁能源氢能课件第18页outline1 氢制取2 氢储存与输运3 氢应用4 氢安全性19清洁能源氢能课件

　　9、第19页1 氢制取1.1 化石燃料制氢1.2 电解水制氢（发展中技术：生物及生物质制氢，太阳能光解水制氢，热化学分解水制氢）1.3 氢气提纯20清洁能源氢能课件第20页1.1 化石燃料制氢1.1.1 天然气制氢1.1.2 煤气化制氢21在“氢经济”起始阶段，氢主要从矿物燃料中取得清洁能源氢能课件第21页1.1.1 天然气制氢223.1.1 化石燃料制氢技术清洁能源氢能课件第22页（1）甲烷蒸气重整原理反应甲烷蒸汽重整(SMR)主要反应为：CH4 + H2O = CO + 3H2 H = + 49 kcalmol水气转化反应： CO + H2O = CO2 + H2 H = - 10 kca

　　12、采而分为地面气化技术(即将煤放在气化炉内气化)和地下气化技术(即让煤直接在地下煤层中气化)。 26清洁能源氢能课件第26页煤气化主要意义煤气化制氢曾经是主要制氢方法，伴随石油工业兴起，尤其是天然气蒸汽重整制氢技术出现，煤气化制氢技术展现逐步减缓发展态势。但对中国来说，煤炭资源丰富(我国是世界上少数以煤炭为主国家之一，1997年我国煤炭消费占一次能源73.5%。到20302050年，煤在我国一次能源消费中仍将占50%以上)，价格相对低廉，而天然气价格较高，资源储量并不大，所以对我国大规模制氢并减排CO2而言，煤气化是一个主要路径。27清洁能源氢能课件第27页(1) 煤地面气化技术28煤气化煤气净

　　13、化H2提纯CO变换H2产品气化剂灰渣副产品硫尾气水蒸汽副产CO2煤气化制氢技术工艺流程 清洁能源氢能课件第28页(1) 煤地面气化技术煤气化制氢主要包含三个过程，即造气反应、水煤气转化反应、氢纯化与压缩。造气反应方程式为：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) H= +131.2 kJ/mol水煤气转化反应方程式为：CO + H2O = CO2 + H2 H = - 41.8 kJ/mol煤气化反应是一个吸热反应，反应所需热量由碳氧化反应提供。 29清洁能源氢能课件第29页(2) 煤地下气化技术煤炭地下气化，就是将地下处于自然状态下煤进行有控制燃烧，经过对煤热作用及化学作用产生可燃气体，

　　14、这一过程在地下气化炉气化通道中由3个反应区域(氧化区、还原区和干馏干燥区)来实现。煤地下气化技术一样被认为是实现大规模制氢候选技术之一。30清洁能源氢能课件第30页 煤炭地下气化原理图 清洁能源氢能课件第31页1.2 电解水制氢 业已发展成熟制氢方法很多，但在可开发性方面，却还未发觉比水电解法更为优越方法，因而电解水制氢是最有应用前景一个方法，它含有产品纯度高、操作简便、无污染、可循环利用等优点。传统电解水制氢技术已经商业化80余年，但其现实状况仍很不令人满意。全球氢气年产量约为4.1107 t，而采取电解水方法取得氢气不超出5%。 32清洁能源氢能课件第32页就当前而言，以碱液为介质、采取加

　　15、压、高温方法电解水制氢是已经发展得比较成熟一个操作简单、能够大规模制氢方法，但该法所制氢气仅占全球氢气总产量14%。电解水制氢存在最大问题是槽电压过高，造成电能消耗增大，进而造成成本增加，这也是当前该技术无法与化石燃料制氢技术竞争主要原因。 水电解制氢当前主要包含三种方法，分别是碱性水溶液电解、固体聚合物电解质水电解和高温水蒸气电解。 33电解水制氢方法清洁能源氢能课件第33页1.3 氢气提纯不论采取何种原料制备氢气，都只能得到含氢混合气，需要深入提纯和精制，以得到高纯氢。氢气提纯方法较多，但有些方法不宜用来制备高纯氢，如膜分离法，所得产品纯度低，无法到达高纯氢纯度要求。一些惯用氢气提纯精制方

　　16、法，如冷凝法、低温吸收法，单独使用时净化所得产品难以到达要求。当前，用于精制高纯氢方法主要有：冷凝低温吸附法、低温吸收吸附法、变压吸附法、钯膜扩散法、金属氢化物法以及这些方法联合使用。 34清洁能源氢能课件第34页1.3.1 冷凝低温吸附法 纯化分两步进行：首先，采取低温冷凝法进行预处理，除去杂质水和二氧化碳等，需在不一样温度下进行二次或屡次冷凝分离。再采取低温吸附法精制，经预冷后氢进入吸附塔，在液氮蒸发温度(-196)下，用吸附剂除去各种杂质。如可用活性氧化铝深入除去微量水，分子筛吸附除O2，除N2，硅胶除CO、N2、Ar，活性炭除CH4等等。吸附剂用加热H2再生。工艺多采取两个吸附塔交替操

　　17、作。净化后H2纯度达99.99999.9999%。 35清洁能源氢能课件第35页1.3.2 低温吸收吸附法 纯化仍需分两步进行：首先，依据原料氢中杂质种类，选取适宜吸收剂，如甲烷、丙烷、乙烯、丙烯等，在低温下循环吸收和解吸氢中杂质。比如可用液体甲烷在低温下吸收CO等杂质，然后用丙烷吸收其中CH4，可得到99.99%H2。然后，再经低温吸附法，用吸附剂除去其中微量杂质，制得纯度为99.99999.9999%高纯氢。 36清洁能源氢能课件第36页1.3.3 变压吸附法(PSA法) 变压吸附是利用气体组分在吸附剂上吸附特征差异以及吸附量随压力改变原理，经过周期性压力改变过程实现气体分离。因为PSA技

　　18、术含有能耗低，产品纯度高，工艺流程简单，预处理要求低，操作方便、可靠，自动化程度高等优点，在气体分离领域得到广泛使用。PSA法制氢，可用各种气源为原料，技术已经十分成熟，产品纯度能够在9999.999%范围内灵活调整。 37清洁能源氢能课件第37页1.3.4 钯膜扩散法 利用钯合金膜在一定温度(400500)，只能使H2透过，杂质气体不能渗透特征，使H2得到纯化。这种方法对原料气中O2和水要求很高。O2在钯合金膜会产生氢氧催化反应而造成钯合金局部过热，水又会使钯合金发生氧化中毒。所以，原料气需先透过预纯化器除去O2和水，再经过滤器除尘后，才能送入钯合金扩散室纯化，得到H2纯度可达99.99

　　19、99%。但钯膜扩散法提纯技术仅适合用于小规模生产。 38清洁能源氢能课件第38页1.3.5 金属氢化物分离法 金属氢化物精制和贮存氢是一项新技术，正在研究和发展中。利用贮氢合金对氢进行选择性化学吸收，生成金属氢化物，氢中杂质则浓缩于氢化物之外随废氢排出，氢化物再发生分解反应放出氢，使氢得到纯化。氢气进入氢合金纯化器之前通常需先进行预处理，以除去大部分O2、CO、H2O等杂质。纯化装置通常由数个纯化器联合操作，连续得到高纯氢，纯度可达99.9999%以上。金属氢化物在重复吸氢、放氢过程中会逐步粉化，所以还必须在生产装置终端装有高效过滤器以除去粉尘。 39清洁能源氢能课件第39页2 氢储存与输运氢

　　20、能储存与输运是氢能应用前提。但氢气不论以气态还是液态形式存在，密度都非常低，气态时为0.08988 g L-1(约为空气7%)，液态(-253)时为70.8 g L-1(约为水7%)。40清洁能源氢能课件第40页41燃 料气态(20、1 atm)液态(沸点、1 atm)绝对值 / kg m-3相对于氢绝对值 / kg m-3相对于氢氢 气0.091.0070.81.0甲 烷0.658.13422.86.0汽 油4.455.0700.09.9几个惯用燃料气态和液态下密度 清洁能源氢能课件第41页氢在普通条件下以气态形式存在，且易燃(4-75%)、易爆(15-59%)，这就为储存和运输带来了很大困

　　21、难。当氢作为一个燃料时，必定含有分散性和间歇性使用特点米乐m6手机版，所以必须处理储存和运输问题。储氢和输氢技术要求能量密度大(包含单位体积和质量储存氢含量大)、能耗少、安全性高。看成为车载燃料使用(如燃料电池动力汽车)时，应符合车载情况所需要求。普通来说，汽车行驶400 km需消耗汽油24 kg，而以氢气为燃料则只需要8 kg(内燃机，效率25%)或4 kg(燃料电池，效率50-60%)。 422.1 氢气储存和输运中考虑清洁能源氢能课件第42页总体说来，氢气储存可分为物理法和化学法两大类。物理储存方法主要包含液氢储存、高压氢气储存、活性炭吸附储存、碳纤维和碳纳米管储存、玻璃微球储存、地下岩洞储存等。化学

　　22、储存方法有金属氢化物储存、有机液态氢化物储存、无机物储存、铁磁性材料储存等。氢气输运与氢气储存技术发展息息相关，当前氢气运输方式主要包含压缩氢气和液氢两种，金属氢化物储氢、配位氢化物储氢等技术还有待成熟。432.2 氢气储存和输运方法清洁能源氢能课件第43页44 Linde水冷液氢储罐实际产品及装配汽车照片 清洁能源氢能课件第44页注：该装置一次可储氢3.1 kg，装配于GMHydroGen3汽车上，行驶里程为170英里。 45美国QUANTUM企业开发第4类车用压力储氢装置 清洁能源氢能课件第45页2.3 金属氢化物储氢把氢以金属氢化物形式储存在合金中，是近30年来新发展技术。标准上说，这类

　　23、合金大都属于金属间化合物，制备方法一直沿用制造普通合金技术。这类技术有一个特征，当把它们在一定温度和压力下曝置在氢气氛中时，就能够吸收大量氢气，生成金属氢化物。生成金属氢化物加热后释放出氢气，利用这一特征就能够有效地储氢。金属氢化物储氢比液氢和高压氢安全，而且有很高储存容量。但因为成本问题，金属氢化物储氢仅适合用于少许气体储存。 46清洁能源氢能课件第46页注：由表可见，有些金属氢化物储氢密度是标准状态下氢气1,000倍，与液氢相当，甚至超出液氢。 储氢介质氢原子密度/1022个 cm3储氢相对密度含氢量(质量分数)/%标态下氢气0.00541100氢气钢瓶(15 MPa)0.81150100

　　24、-253液氢4.2778100LaNi5H66.21,1481.37FeTiH1.955.71,0561.85MgNiH45.61,0373.6MgH26.61,2227.65一些金属氢化物储氢能力 清洁能源氢能课件第47页2.4 氢输运压缩氢气运输压缩氢气可采取高压气瓶、拖车或管道输送，气瓶和管道材质可直接使用钢材。现有天然气管道能够被改装成输氢管道，但需要采取办法预防氢脆所带来腐蚀问题。 48清洁能源氢能课件第48页2.4 氢输运运输液态氢气最大优点是能量密度高(1辆拖车运载液氢相当于20辆拖车运输压缩氢气)，适合于远距离运输(在不适合铺设管道情况下)。若氢气产量到达450 kg h-1、

　　25、储存时间为1天、运输距离超出160 km，则采取液氢方式运输成本最低，金属氢化物运输方式也很有竞争力。但运输距离若到达1,600 km，液氢运输成本可比金属氢化物低4倍，比压缩氢气低7倍。49清洁能源氢能课件第49页3 氢应用氢在燃气轮机发电系统中应用氢在内燃机中应用氢在燃料电池中应用50清洁能源氢能课件第50页当前氢气主要用途是在石化、冶金等工业中作为主要原料，另外Ni-MH电池在手机、笔记本电脑、电动车方面也取得了广泛应用。对于未来“氢经济”而言，氢应用技术主要包含：燃料电池、燃气轮机(蒸汽轮机)发电、内燃机和火箭发动机。普遍认为，燃料电池是未来人类社会最主要发电及动力设备。 513.1

　　26、氢应用概述清洁能源氢能课件第51页清洁能源氢能课件第52页氢能利用清洁能源氢能课件第53页氢能利用清洁能源氢能课件第54页氢能利用清洁能源氢能课件第55页氢能利用航天飞机高压补燃氢/氧发动机清洁能源氢能课件第56页氢气发动机宝马氢能源12缸发动机 清洁能源氢能课件第57页氢气发动机宝马氢能源12缸发动机 清洁能源氢能课件第58页氢气发动机清洁能源氢能课件第59页氢能利用氢气一样能够用来直接驱动改进内燃机 ；转子发动机只需要极小改动就能够燃用氢气 ；RX-8s车每加满一罐压缩氢气可行驶120英里（约合193.12公里）。清洁能源氢能课件第60页氢混合动力研究车（H2RV）清洁能源氢能课件第61页

　　27、氢能摩托车清洁能源氢能课件第62页福特汽车企业FocusH2RV氢发动机轿车清洁能源氢能课件第63页燃料电池燃料电池由正极、负极和夹在正负极中 间电解质板所组成；清洁能源氢能课件第64页清洁能源氢能课件第65页3.2 燃气轮机介绍及技术现实状况 燃气轮机是一个外燃机。与内燃机和汽轮机相比，燃气轮机含有以下优点： (1) 重量轻、体积小、投资省。燃气轮机重量及所占容积普通只有汽轮机装置或内燃机几分之一或几十分之一，消耗材料少，投资费用低，建设周期短。(2) 起动快、操作方便。从冷态起动到满载只需几十秒或几十分钟，而汽轮机装置或大功率内燃机则需几分钟到几小时；同时因为燃气轮机结构简单、辅助设备少，

　　28、运行时操作方便，能够实现遥控，自动化程度能够超出汽轮机或内燃机。(3) 水、电、润滑油消耗少，只需少许冷却水或不用水，所以能够在缺水地域运行。66清洁能源氢能课件第66页 最简单燃气轮机装置示意图。它包含三个主要部件：压气机、燃烧室和燃气轮机。 燃气轮机装置示意图 清洁能源氢能课件第67页 燃气轮机应用范围越来越广，当前在以下几个领域已大量采取燃气轮机：(1)航空领域。因为燃气轮机小而轻，起动快，马力大，所以在航空领域中已占绝对优势。(2)舰船领域。当前燃气轮机已在高速水面舰艇、水翼艇、气垫船等中占压倒优势，在巡航机、特种舰船中得到了批量采取，海上钻采石油平台也广泛采取燃气轮机。(3)陆上领域

　　29、。在发电方面，燃气轮机主要用于尖峰负荷应急发电站和移动式电站。68燃气轮机应用领域清洁能源氢能课件第68页因为空气质量不停下降，各国均认识到必需降低COx、NOx、烟尘等污染物排放量。在当代社会中，很大一部分能源经过火力发电、被转化成电能，所以发电厂是最大污染源之一，必须对发电设备加以必要改进。 出于降低NOx排放量目标，当前氢主要是以富氢燃气(富氢天然气或合成气)形式应用于燃气轮机发电系统，关于纯氢作为燃料气报道极少。 69氢气在燃气轮机中应用清洁能源氢能课件第69页3.3 开发氢电池还是氢发动机？人们在开发使用氢或燃料电池方面做了大量工作，取得了一定结果。但燃料电池依然有一些缺点，如价

　　30、格高、体积大、冷开启性能差，以及高负荷运行时效率低等。氢燃料内燃机使用成本只相当于燃料电池一小部分，工作原理和点燃式内燃机相同，所以有可能制造出既可使用氢燃料也可使用汽油发动机。氢燃料发动机排放唯一有害物质是氮氧化合物米乐m6手机版。70清洁能源氢能课件第70页氢燃料发动机优点！因为氢特征，使用氢燃料发动机时要记住以下几点：首先，氢在空气中可燃比非常高(体积475)，而汽油(17.6)和甲烷(5.315)较低，这一特征在氢燃烧中起了很大作用。加上氢燃烧在气体中传输速度很快，所以氢燃料发动机燃烧非常清洁。71其次，氢发动机能够靠空气燃料混合比浓度调整动力输出，不需要节流阀。这么做最大好处是提升了发动机整体效率

　　31、，因为不存在燃料泵中流量损失，稀薄燃烧效率较高也起了一定作用。清洁能源氢能课件第71页氢燃料发动机优点！第三，空气燃料混合比浓度较高时，在热动力燃烧环境非常好情况下，层流燃烧速度非常快。氢辛烷值高达130，而高级汽油辛烷值只有大约93，所以它自燃温度很高，在发动机气缸压缩过程中抗提前燃烧能力强，也就是说能够采取较高压缩比(活塞在行程两端时气缸最大容积和最小容积比值)。据福特企业报道，一台压缩比为14.5:1氢发动机最大效率可到达52。72清洁能源氢能课件第72页4 氢安全性一个新能源系统要得到推广和应用，其安全性是我们应该首先关心问题，对氢能系统而言，也是如此。氢各种内在特征，决定了氢能系统有

　　32、不一样于常规能源系统危险特征，比如易燃、易泄漏、氢脆等，而且因为氢使用范围不广，经验不够丰富，在使用者可接收心理上也存在着较大问题。为了氢能系统和燃料电池汽车深入发展，制订相关氢能安全标准及对氢安全问题进行研究是很有必要。 73清洁能源氢能课件第73页4.1 泄漏性氢是最轻元素，比液体燃料和气体燃料更轻易从小孔中泄漏。比如，对于透过薄膜扩散，氢气扩散速度是天然气3.8倍。不过，比较有意义是，在燃料管线、阀门、高压储罐等上面实际出现裂孔中，氢气泄漏速度怎样。从高压储气罐中大量泄漏，氢气和天然气都会到达声速。氢气声速(1,308 mps)几乎是天然气声速(449 mps)3倍，所以氢气泄漏要比

　　33、天然气快。74清洁能源氢能课件第74页4.2 氢脆 锰钢、镍钢以及高强度钢轻易发生氢脆。这些钢长久暴露在氢气中，尤其是在高温高压下，其强度会大大降低，造成失效。所以，假如与氢接触材料选择不妥，就会造成氢泄漏和燃料管道失效。不过，经过选择适当材料，如铝和一些合成材料，就能够防止因氢脆产生安全风险。另外，氢气中含有极性杂质，如水蒸汽、H2S、CO2、醇、酮及类似化合物，会强烈地阻止生成金属氢化物。75清洁能源氢能课件第75页4.3 氢扩散 假如发生泄漏，氢气就会快速扩散。与汽油、丙烷和天然气相比，氢气含有更大浮力(快速上升)和更大扩散性(横向移动)。氢密度仅为空气7%，而天然气密度是空气5

　　34、5%。所以即使在没有风或不通风情况下，它们也会向上升，而且氢气会上升得更加快一些。而丙烷和汽油气都比空气重，所以它们会停留在地面，扩散很慢。76清洁能源氢能课件第76页4.3 氢扩散 氢扩散系数是天然气3.8倍，丙烷6.1倍，汽油气12倍。这么高扩散系数表明，在发生泄漏情况下，氢在空气中能够向各个方向快速扩散，快速降低浓度。在户外，氢快速扩散对安全是有利。在户内，氢扩散可能有利也可能有害。假如泄漏很小，氢气会快速与空气混合，保持在着火下限之下；假如泄漏很大，快速扩散会使得混合气很轻易到达着火点，不利于安全。 77清洁能源氢能课件第77页4.4 氢燃性与爆炸在空气中，氢燃烧范围很宽，而且着火能很

　　35、低。氢/空气混合物燃烧范围是475%(体积比)，着火能仅为0.02 MJ。而燃料着火范围要窄得多，着火能也要高得多。 在户外，氢气爆炸可能性很小，除非有闪电、化学爆炸等这么大能量才能引爆氢气雾。不过在密闭空间内，燃烧速度可能会快速增加，发生爆炸。 78清洁能源氢能课件第78页H2CH4C3H8汽油着火限着火下限/%45.3/3.82.11着火上限/%7515107.8最小着火能0.020.290.30.24自燃温度/最小热空气注入6401040885镍铬电热丝 燃料燃烧特征 清洁能源氢能课件第79页氢燃烧特征氢气火焰几乎是看不到，因为在可

　　36、见光范围内，燃烧氢放出能量极少。所以靠近氢气火焰人可能会不知道火焰存在，所以增加了危险。但这也有有利一面。因为氢火焰辐射能力较低，所以附近物体(包含人)不轻易经过辐射热传递而被点燃。相反，汽油火焰蔓延首先经过液体汽油流动，首先经过汽油火焰辐射。所以，汽油比氢气更轻易发生二次着火。另外，汽油燃烧产生烟和灰会增加对人伤害，而氢燃烧只产生水蒸汽。 80清洁能源氢能课件第80页燃料爆炸特征H2天然气C3H8汽油爆炸限下限(空气中体积)1318.36.33.11.1上限/%5913.573.3燃烧速度/cm s-1270374730爆炸能单位能量/g TNT kJ-10.170.190.21单位体积/g TNT m-32.027.0344.22最大安全间隙/cm0.0080.120.074清洁能源氢能课件第81页思索：氢能否成为未来燃料？依据京都议定书要求，二氧化碳排放总量应低于1990年水平。为了到达这一目标，除了提升现有能源转换效率外，还要寻找含碳能源(矿物燃料)替换物。与矿物燃料相比较，氢含有燃烧洁净、资源无限优点，是极具吸引力替换矿物燃料能源载体。称氢为“能源载体”主要想说明，氢本身并不是自然能源，必须被生产出来。这个生产过程需要能源，所以生产氢关键是使用可再生能源。这么才能在整个能源循环过程中消除全部碳化物排放。82清洁能源氢能课件第82页本章完83清洁能源氢能课件第83页

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