制氢工艺与技术

0绪论/1
0.1氢气是“全能”的高级能源并可能成为下一个“主体能源”/1
0.2氢在减排温室气体中的重要地位/2
0.3多种多样、丰富多彩的制氢方法/3
0.3.1根据制氢原料分类/3
0.3.2根据制氢原理分类/4
0.4我国是世界产氢第一大国，化石燃料是目前制氢主力/5
0.4.1全国煤炭、天然气制氢潜在产能/5
0.4.22016年全国氯碱、甲醇、合成氨的副产氢气产能/5
0.5氢能是二次能源吗？/6

第1章煤制氢/9
1.1传统煤制氢技术/10
1.2煤气化制氢工艺/10
1.2.1煤的气化/10
1.2.2一氧化碳变换/11
1.2.3酸性气体脱除技术/11
1.2.4H2提纯技术/12
1.2.5“三废”处理/12
1.3煤制氢国内外发展现状/12
1.3.1国外煤制氢发展状况/12
1.3.2国内煤制氢发展状况/13
1.4煤气化技术/13
1.4.1固定床气化技术/13
1.4.2流化床气化技术/14
1.4.3气流床气化技术/14
1.5煤制氢技术经济性/16
1.5.1煤制氢与天然气制氢的经济技术指标对比/16
1.5.2煤制氢技术经济影响因素分析/18
1.6煤制氢前景/19
1.7褐煤制氢/20
1.7.1背景介绍/20
1.7.2工艺介绍/21
1.7.3成本计算及CO2排放量/23
1.7.4总结与展望/24
1.8煤炭地下气化制氢/25
1.8.1煤炭地下气化研究综述/25
1.8.2国外煤炭地下气化/25
1.8.3我国的地下煤气化试验/26
1.8.4地下煤气化制氢前景/27
1.9煤制氢零排放技术/28
1.10电解煤水制氢/29
1.10.1电解煤水制氢的研究现状和前景/29
1.10.2电解煤水制氢的反应机理/30
1.10.3电解煤水制氢技术的特点/33
1.11超临界煤水制氢/35
1.11.1概论/35
1.11.2我国研究情况/35
1.11.3国外研究情况/37
1.11.4展望/37
1.12煤/石油焦制氢/38
参考文献/38

第2章天然气制氢/42
2.1天然气在含氧(元素)环境下的制氢技术/42
2.1.1基本原理/42
2.1.2技术进展/43
2.1.3关键设备/47
2.1.4优点与问题/49
2.2天然气氧芳构化制氢工艺/49
2.2.1基本原理/49
2.2.2制氢工艺/50
2.2.3设备/53
2.2.4优点与问题/53
2.3天然气直接裂解制氢与碳材料工艺/53
2.3.1基本原理/53
2.3.2制氢气工艺/54
2.3.3反应设备/57
2.3.4优点与问题/59
参考文献/59

第3章石油制氢/63
3.1石油制氢原料/63
3.2制氢工艺简介/64
3.2.1石脑油制氢/64
3.2.2重油制氢/64
3.2.3石油焦制氢/65
3.2.4炼厂干气制氢/65
3.3石油原料制氢经济/66
参考文献/67

第4章可再生能源制氢/68
4.1太阳能制氢/68
4.1.1太阳光直接分解水制氢/68
4.1.2太阳光热化学分解水制氢/73
4.1.3太阳能发电、电解水制氢（PTG)/73
4.2生物质能制氢/74
4.2.1生物质生物发酵制氢/75
4.2.2生物质化工热裂解制氢/76
4.2.3生物质制乙醇、乙醇制氢/79
4.3风能制氢/84
4.3.1风电制氢/84
4.3.2风氢能源系统（WHHES）介绍/85
4.3.3应用范例/86
4.3.4吉林省长岭县龙凤湖20万千瓦风电制氢及HCNG示范项目介绍/87
4.4海洋能制氢/89
4.4.1潮汐能/89
4.4.2波浪能/89
4.4.3温度差能/89
4.4.4海流能/90
4.4.5海洋盐度差能/90
4.4.6海草燃料/91
4.4.7海洋能制氢前景/91
4.5水力能制氢/91
4.5.1水力能资源/91
4.5.2水力能发电制氢/91
4.5.3水力能制氢优势/92
4.6地热能制氢/92
参考文献/92

第5章太阳能光解水制氢/96
5.1光催化研究开端/96
5.2光催化分解水的基本原理/97
5.2.1光催化分解水过程/97
5.2.2光催化分解水反应热力学/97
5.2.3光催化分解水反应动力学/98
5.3研究进展/99
5.3.1分解水制氢光催化剂/99
5.3.2提高光催化剂分解水制氢效率的方法/101
5.3.3光催化分解水制氢反应器/103
5.4结论与展望/109
参考文献/109

第6章生物质发酵制氢/113
6.1基本原理/113
6.2研究进展/114
6.2.1接种物的选择以及处理方式/114
6.2.2反应pH值/116
6.2.3温度/116
6.2.4原料/116
6.2.5反应器/117
6.3案例介绍/117
6.4优点与问题/119
参考文献/119

第7章生物质热化学制氢/122
7.1生物质简介/122
7.2生物质热解制氢/123
7.2.1生物质热解反应/123
7.2.2生物质热解制氢的影响因素/125
7.2.3生物质热解制氢反应器及技术/130
7.3生物质气化制氢/133
7.3.1生物质气化原理/134
7.3.2气化介质/134
7.3.3气化炉及工艺/135
7.3.4生物质气化过程强化/137
7.3.5生物质超临界水气化制氢/138
7.4生物油制氢技术/139
7.4.1生物油简介/139
7.4.2生物油蒸汽重整制氢/139
7.4.3生物油自热重整制氢/140
7.4.4生物油重整制氢反应器技术/141
7.5生物质热化学制氢技术评述/143
7.5.1生物质热化学制氢的技术经济性/143
7.5.2生物质热化学制氢的CO2排放/144
参考文献/145

第8章核能制氢/149
8.1核能制氢技术/149
8.1.1核能制氢主要工艺/150
8.1.2核能制氢用反应堆/153
8.2核能制氢国内外研究进展/154
8.2.1日本/155
8.2.2美国/155
8.2.3法国/155
8.2.4韩国/156
8.2.5加拿大/156
8.2.6中国/157
8.3核能制氢的经济性与安全性/160
8.3.1经济性/160
8.3.2安全性/161
8.4核能制氢的综合应用前景/162
8.4.1核能制氢——氢冶金/162
8.4.2其他/164
参考文献/165

第9章等离子体制氢/167
9.1等离子体简介/167
9.2等离子体的制备/168
9.3等离子体制氢研究现状/169
9.4等离子体制氢的优缺点/173
参考文献/174

第10章汽油、柴油制氢/175
10.1基本原理/175
10.2研究进展/176
10.2.1汽油、柴油制氢工艺/176
10.2.2设备/179
10.3优点与问题/181
参考文献/181

第11章醇类重整制氢/184
11.1甲醇制氢/184
11.1.1甲醇水蒸气重整制氢/184
11.1.2甲醇水相重整制氢/189
11.2生物燃料乙醇制氢/189
11.2.1乙醇直接裂解制氢/191
11.2.2乙醇水蒸气重整制氢/191
11.2.3乙醇二氧化碳重整制氢/193
11.2.4乙醇制氢催化剂/194
11.3醇类重整制氢反应器及技术/198
11.3.1固定床反应器/199
11.3.2微通道反应器/200
11.3.3微结构反应器/203
11.3.4膜反应器/205
11.4电催化强化乙醇制氢/208
11.5等离子体强化乙醇制氢/208
11.6甲醇、乙醇制氢技术的特点和问题/209
11.6.1甲醇、乙醇制氢的技术经济性/209
11.6.2甲醇、乙醇制氢的CO2排放/209
11.6.3制氢与燃料电池耦合系统/209
参考文献/212

第12章甘油重整制氢/217
12.1背景及甘油的来源/217
12.2甘油的物化性质/218
12.3甘油水蒸气重整制氢/219
12.3.1热力学分析/220
12.3.2反应机理/221
12.3.3催化剂/223
12.4甘油水相重整制氢/229
12.5甘油干重整制氢/231
12.6甘油光催化重整制氢/231
12.7甘油高温热解法重整制氢/232
12.8甘油超临界重整制氢/232
12.9甘油吸附增强重整制氢/232
12.10甘油制氢技术的CO2排放/237
12.11甘油制氢技术的经济性/237
参考文献/239

第13章甲酸分解制氢/243
13.1基本原理/243
13.2甲酸的来源/243
13.3甲酸分解催化剂/245
13.3.1均相催化剂/245
13.3.2非均相催化剂/252
13.4甲酸分解制氢技术及设备/258
13.5甲酸分解制氢技术的优点和问题/259
参考文献/260

第14章氨气制氢/264
14.1氨制氢原理/264
14.1.1氨分解制氢的热力学/264
14.1.2氨分解制氢的动力学/265
14.1.3热催化法分解氨气制氢/267
14.1.4等离子体催化氨制氢新工艺/268
14.2氨制氢的设备/268
14.3其他氨分解制氢方法/268
14.4和甲醇制氢比较/269
参考文献/270

第15章烃类分解生成氢气和炭黑的制氢方法/272
15.1烃的定义及制氢方法/272
15.2烃类分解制取氢气和炭黑方法/272
15.2.1热裂解法/272
15.2.2等离子体法/273
15.3天然气催化热裂解制造氢气和炭黑（TCD）/273
15.3.1传统的天然气热裂解/273
15.3.2天然气热裂解制氢气和炭黑的新方法/273
15.3.3天然气催化热裂解制造氢气和炭黑(TCD)/274
15.4热分解制氢气和炭黑与传统方法的比较/274
15.4.1分解甲烷的能耗/274
15.4.2氢气产品的能耗与原料消耗/275
15.4.3排放CO2比较/275
15.4.4能量利用比较/275
参考文献/275

第16章NaBH4制氢/276
16.1基本原理/276
16.2研究进展/277
16.2.1NaBH4制氢工艺/277
16.2.2设备/279
16.3优点与问题/281
参考文献/281

第17章硫化氢分解制氢/282
17.1硫化氢分解反应基础知识/282
17.1.1反应原理/282
17.1.2热力学分析/282
17.1.3动力学研究/283
17.1.4动力学反应机理/283
17.2硫化氢分解方法/284
17.2.1热分解法/284
17.2.2电化学法/285
17.2.3电场法/286
17.2.4微波法/286
17.2.5光化学催化法/286
17.2.6等离子体法/286
17.3主要研究方向/288
参考文献/289

第18章金属粉末制氢/290
18.1什么金属能制氢/290
18.2铝制氢/291
18.2.1Al-H2O体系/291
18.2.2铝制氢设备/295
18.3镁制氢/295
18.4锌制氢/296
18.5铁制氢/297
18.6结语和展望/297
参考文献/297

第19章液氢/299
19.1液氢背景及性质/299
19.1.1液氢性质/299
19.1.2液氢外延产品/299
19.2液氢用途/302
19.3液氢的生产/302
19.3.1正氢与仲氢/302
19.3.2液氢生产工艺/303
19.3.3液氢生产典型流程/305
19.3.4全球液氢生产/307
19.3.5液氢生产成本/308
19.4液氢的储存与运输/309
19.4.1液氢储存/309
19.4.2液氢运输/310
19.5液氢加注系统/312
19.5.1液氢加注系统/312
19.5.2防止两相流的措施/312
19.6液氢的安全/313
19.7中国液氢/314
19.8小结/315
参考文献/315

第20章副产氢气的回收与净化/317
20.1变压吸附法/318
20.1.1背景/318
20.1.2氢气分离的各种方法比较/318
20.1.3变压吸附制氢工艺/319
20.1.4变压吸附在氢气分离中的应用与发展/323
20.2膜分离法/325
20.2.1有机膜分离/325
20.2.2机膜分离/330
20.2.3液态金属分离/331
20.3深冷分离法/332
20.3.1低温吸附法/332
20.3.2工业化低温分离/333
参考文献/333