可再生能源丛书--氢燃料

作为世界石油第二消费大国和进口大国的中国，当国际石油市场价格逐年上涨时，寻找石油替代燃料的迫切心情是不言而喻的。事实上，国家领导人对我国能源问题一直非常重视，将其作为国家发展战略性课题纳入各种规划。在这种情况下，与氢能相关的各类书籍最近出版了不少。写氢能的书具有相当大的弹性，因为氢能本身与很多领域相关，从“氢经济”体系入手亦不为过。但是，氢能在技术水平上尚处于准备阶段。本书只想向读者介绍使氢能步入寻常百姓家的障碍是什么，并与读者研讨氢能研究的现状和热点问题。氢能的核心是以氢气作燃料，本书的内容是围绕以氢为燃料展开的，故以氢燃料命名。书中某些内容，例如从化石燃料制氢，是早已上了教科书的相对成熟技术。还有一些内容，如金属氢化物储氢，也是早有大量专著。对这部分内容，我们只想做概略的介绍。读者可能会发现，本书对氢燃料的储存谈得比较多，因为这是我们主要从事的领域。作者不期望所表达的观点都获得读者的赞同，但希望能引起更多人关注氢能研究中的问题，引起更多人更深入地思考氢能发展策略。
本书大部分内容是孙艳和苏伟两位青年教师完成的，本人主要做了归纳整理与观点和文字方面的修订工作。不足之处，敬请读者批评指正。

本书是《可再生能源丛书》中的一本，该册主要介绍的是氢能。
本书从目前世界能源现状及我国能源问题入手，提出氢能可在各种工业中的广泛应用。接着重点介绍了传统的工业生产氢能的方法，包括天然气或裂解石油制氢、无二氧化碳排放制氢、煤汽化制氢、甲醇制氢及变压吸附制氢等。并对再生氢的制备方法、物理法储氢、化学法储氢、碳材料吸附储氢展开论述，最后对其今后的发展动向作出预测及总结。
本书对氢能的发展前景及动向有一定的参考价值。可供各大高校能源类专业师生，研究生及相关产业、工业生产的技术人员参考学习。

第一章 绪论1
 第一节 世界能源现状及我国面临的能源问题1
 第二节 氢燃料的优越性3
 第三节 氢在工业生产中的应用4
 一、氢在石油工业中的应用4
 二、氢在合成氨工业中的应用6
 三、氢在其他工业中的应用6
 四、氢在航空航天事业中的应用7
 第四节 氢化学能的释放7
 第五节 氢氧燃料电池9
 第六节 氢汽车研发状况简介12
 第七节 结语13
 参考文献13
第二章 化石燃料制氢15
 第一节 天然气或裂解石油气制氢15
 一、水蒸气转化制氢反应15
 二、水蒸气转化制氢反应机理17
 三、水蒸气转化催化剂18
 四、水蒸气转化制氢工艺条件19
 五、新型转化催化剂22
 第二节 无二氧化碳排放的制氢方法22
 一、炼厂干气选择氧化制氢23
 二、重油部分氧化制氢24
 三、等离子体化学制氢24
 第三节 煤汽化制氢30
 一、煤炭汽化30
 二、氢的提纯33
 三、煤炭地下汽化33
 第四节 甲醇制氢36
 一、前言36
 二、反应原理37
 三、工艺过程40
 四、甲醇-水蒸气重整制氢催化剂41
 五、甲醇-水蒸气重整制氢反应动力学44
 六、富氢气体中CO和H2S的脱除45
 七、甲醇的氧重整研究46
 第五节 变压吸附法从工业副产气制氢47
 一、变压吸附基本原理47
 二、变压吸附分离中常用吸附剂48
 三、变压吸附循环的基本工艺步骤50
 四、影响变压吸附分离操作的主要因素51
 五、变压吸附制氢52
 六、变压吸附制氢技术进展55
 参考文献57
第三章 再生氢的制备方法63
 第一节 电解法制氢63
 一、电解水简介63
 二、电解水制氢的主要装置65
 三、电解水制氢技术进展67
 四、廉价电能的利用69
 五、电解制氢技术展望71
 六、H2S间接电解制氢71
 第二节 光催化分解水制氢73
 一、光解水制氢原理73
 二、光催化剂74
 三、光催化分解水制氢技术现状和发展趋势80
 第三节 热化学循环分解水制氢81
 一、Fe2O3/SO2循环82
 二、S/I循环83
 三、Br/Fe/Ca循环（UT-3循环）85
 四、Fe/Cl/O/H循环86
 五、Mark循环88
 六、太阳能分解金属氧化物循环89
 七、S/I/Mg循环89
 八、S/O循环89
 第四节 生物制氢91
 一、生物质催化汽化制氢91
 二、微生物制氢97
 参考文献109
第四章 物理法储氢118
 第一节 储氢原理118
 第二节 高压压缩储氢121
 第三节 深冷液化储氢125
 一、节流液化循环125
 二、带膨胀机的液化循环126
 三、氦制冷液化循环126
 第四节 其他储氢方法129
 参考文献130
第五章 化学法储氢132
 第一节 金属氢化物储氢132
 一、储氢原理132
 二、金属氢化物热力学134
 三、储氢合金的性质及其测定方法136
 四、储氢合金种类及其技术状况144
 第二节 储氢合金制备155
 一、熔炼法155
 二、机械合金化（MA、MG）法163
 三、化学合成法171
 四、氢化燃烧合成法173
 五、合金制备中常见问题175
 第三节 化合物储氢176
 一、有机化合物储氢176
 二、有机化合物储氢特点177
 三、有机化合物储氢研究进展178
 四、无机化合物储氢180
 参考文献181
第六章 碳材料吸附储氢188
 第一节 吸附储氢原理188
 第二节 吸附储氢的理论基础190
 第三节 关于碳纳米材料储氢194
 第四节 活性炭储氢研究进展198
 第五节 高比表面积活性炭制备199
 一、原材料选择200
 二、炭化200
 三、化学活化201
 四、物理活化209
 五、化学活化与物理活化的比较211
 参考文献212
第七章 储氢研究动向220
 参考文献222