合成氫燃料制備

合成氫燃料的生產(chǎn)方法

合成氫燃料的生產(chǎn)方法很簡(jiǎn)單。將水引入特殊裝置中，用特制的石墨電極棒進(jìn)行裂解，就可以生成合成氫可燃混合氣體。

合成氫燃料的生產(chǎn)原料

水。合成氫燃料的生成原料主要是水，各種水資源都可以利用。比如人們的日常生活用水、中水（再生水）、河水、海水、或者已經(jīng)污染了的無機(jī)廢水等，都可為其所有。污水經(jīng)過電解反應(yīng)作用后，對(duì)水質(zhì)還可以起到凈化處理的作用。

石墨電極。在合成氫燃料的生產(chǎn)過程中，要消耗少量的石墨電極，其來源也很廣泛。一是來源于石墨礦。我國(guó)的山東、吉林、黑龍江為主要產(chǎn)地。二是人工制造。以石油焦、針狀焦為原料，煤瀝青作結(jié)合劑，經(jīng)煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、石墨化、機(jī)械加工而制成。三是用生物質(zhì)碳（如焦炭）也可以制作石墨電極。因此合成氫的主要原料來源相當(dāng)廣泛。

氫能源的利用是多年來世界科學(xué)家一直在研究探索并希望取得突破的高科技課題。合成氫燃料的開發(fā)成功為氫能源的有效利用開辟了一條嶄新途徑，是具有劃時(shí)代意義的高科技成果。

合成氫原料的產(chǎn)生原理

一八九八年，英國(guó)科學(xué)家希爾（HILLIRY）通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在水中用碳材料作為電極，在電解作用下可將氫析出，產(chǎn)生氫和一氧化碳，生成比石化燃料更具穩(wěn)定性的可燃?xì)怏w，這就是合成氫燃料的初步理論，他的分子式是 (一氧化碳?xì)?。

后來，經(jīng)過專家們多年的努力攻關(guān)，突破了合成氫燃料應(yīng)用中的安全、成本和生產(chǎn)問題，使之成為人類理想的清潔能源。

合成氫燃料的應(yīng)用效果主要有四個(gè)方面：一是節(jié)能。合成氫燃料可替代石油、天然氣、煤炭等一次能源。以汽車為例：2010年，鄭州市汽車擁有量96.3萬輛，按每輛汽車消耗汽油1.5噸（全國(guó)平均值）計(jì)算，若把汽車改裝使用合成氫燃料，每年可節(jié)約石油產(chǎn)品144萬噸。二是減排。仍以汽車為例：按消耗每噸汽油減少排放 、 等有害物質(zhì)1.1噸（石家莊使用合成氫燃料試驗(yàn)數(shù)據(jù)）計(jì)算，若鄭州市汽車改用合成氫燃料，每年可減少有害物質(zhì)排放158萬噸。這樣，汽車的尾氣污染可以得到徹底整治。三是創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益。一個(gè)20億 /年合成氫燃料的企業(yè)，按售價(jià)2元/ 計(jì)，可年創(chuàng)銷售收入40億元，其中國(guó)家可獲得稅收6.6億元。四是降低消費(fèi)者能源使用成本。由于合成氫燃料是以水為燃料，生產(chǎn)成本低，其售價(jià)自然低，可大大降低消費(fèi)者的使用費(fèi)用。

合成氫燃料的性質(zhì)及特點(diǎn)

基本性質(zhì)

合成氫燃料是氫氣和一氧化碳的復(fù)合氣體燃料，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度為0.66g/升。

分子式 /CO

平均相對(duì)分子量：16.1g/mol

合成氫燃料無色無味，是已知較輕的氣體，其中以氫氣為主，還含有一氧化碳、乙炔、甲烷和其他惰性氣體，可在常溫常壓下儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用。

合成氫燃料的燃燒值高、閃點(diǎn)高，燃燒后的排放物是水，揮發(fā)后不會(huì)污染環(huán)境，相反還可以增進(jìn)大氣循環(huán)，增加空氣濕度。所以，它是取代傳統(tǒng)燃料最理想的清潔燃料。

特點(diǎn)

發(fā)熱量大，燃燒熱值高。檢測(cè)結(jié)果顯示：合成氫燃料的氫含量高達(dá)51.9%，一氧化碳含量為36.4%，具有較高的發(fā)熱量。

安全性好。合成氫燃料中含有多種可保護(hù)氫分子表面電子穩(wěn)定的惰性氣體，以保證氫氣的安全燃燒，其安全性優(yōu)于石油液化氣、天然氣和煤氣等。

無毒無味，清潔，不污染環(huán)境，并且不產(chǎn)生有溫室效應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)。

生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，容易作業(yè)。

成本低。生產(chǎn)1 合成氫氣體，僅用1度電、1.1kg水、0.0235kg石墨電極，再加上人工等其他費(fèi)用，生產(chǎn)1 合成氫氣體的成本在1元左右。

合成氫燃料的應(yīng)用

合成氫燃料作為一種新型清潔能源，可替代液化石油氣、天然氣、煤氣、汽油和柴油等，用途很廣。

民用及商用燃料

民用燃料主要是：家用爐灶、供暖、熱水器等。爐灶使用情況表明:稍加改造后的天然氣灶具使用合成氫燃料，燃燒溫度高，火焰呈藍(lán)色火苗，無比燦爛。當(dāng)火焰控制在最小處，絕不會(huì)出現(xiàn)任何黑煙等。無論在室內(nèi)燃燒多長(zhǎng)時(shí)間，無任何異味和嗆人之感。用于炒菜，鍋底溫度擴(kuò)展面積大，油溫高，炒菜速度快。

商用燃料主要是：賓館、飯店、工廠、醫(yī)院、學(xué)校等的爐灶及供暖等熱源

機(jī)動(dòng)車燃料 合成氫燃料用于機(jī)動(dòng)車是非常理想的燃料。

汽車使用合成氫燃料情況表明：用天然氣改裝后的汽車，充裝合成氫燃料后可直接發(fā)動(dòng)，無需像天然氣燃燒時(shí)先汽油起動(dòng)，達(dá)到3000轉(zhuǎn)/分后才自動(dòng)切換。駕駛感受明顯動(dòng)力強(qiáng)勁，尾氣排放出水蒸汽和水滴。

工業(yè)用燃料 合成氫燃料作為熱源在工業(yè)上的用途很廣：

發(fā)電。用合成氫燃料進(jìn)行發(fā)電情況顯示：將合成氫燃料用于汽油發(fā)動(dòng)發(fā)電機(jī)，動(dòng)力好，發(fā)電機(jī)工作穩(wěn)定，無電壓波動(dòng)，排放清潔。

切割。用合成氫燃料切割鋼材情況顯示：直接用合成氫燃料切割鋼板，焰口溫度高達(dá)1800℃，切口平直無渣，可切割十公分以內(nèi)的任何厚度的鋼板，不排放任何有害氣體。

鍋爐燃料。

金屬冶煉。

熱處理。

干燥處理等。

合成氫燃料可與天然氣等燃料混合使用 國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)研究表明：將氫氣摻混到天然氣中用作汽車燃料，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大爆發(fā)壓力提高，改善了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一些性能，而且可減少排放尾氣中的 含量50%。在民用燃燒器應(yīng)用天然氣加氫燃料，可改善其燃燒特性，提高燃?xì)獾拿摶饦O限和一氧化碳生成極限，降低了出現(xiàn)黃煙的程度。點(diǎn)火能低，提高了燃燒器的加熱效率。

合成氫燃料生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備可用于污水（廢水）處理

工廠生產(chǎn)中的污水（廢水）處理是個(gè)大難題，在一般情況下，把污水（廢水）生產(chǎn)成合成氫燃料，既能達(dá)到污水（廢水）零排放，又能變廢為寶創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，因此，合成氫燃料的生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備用于污水（廢水）處理前景廣闊。

合成氫燃料的儲(chǔ)存與輸送

由于合成氫燃料解決了在常溫狀態(tài)下的儲(chǔ)存問題，使得儲(chǔ)存和輸送問題變得簡(jiǎn)單，完全可以利用天然氣或者煤氣的儲(chǔ)存方法和設(shè)備。

儲(chǔ)存

合成氫燃料的儲(chǔ)存可用儲(chǔ)氣庫(kù)、儲(chǔ)氣罐、儲(chǔ)氣管、儲(chǔ)氣瓶等。

輸送

合成氫燃料的輸送可用管道輸送、車輸送等。

電池的活性物質(zhì)為H₂(g)和O₂(g)；根據(jù)電解質(zhì)性質(zhì)的不同有酸性、堿性、熔融鹽燃料電池；按使用溫度有低溫(75～100℃)、中溫(100～500℃)、高溫(500～1000℃)型燃料電池。例如離子交換膜低溫酸性氫-氧燃料電池，正、負(fù)極為少量貴金屬催化劑與導(dǎo)電金屬網(wǎng)制成，將它們分別壓于離子交換膜兩側(cè)，電解液為高濃度的磷酸，工作溫度為40～60℃。又如低溫堿性氫-氧燃料電池，負(fù)極為鎳粉和鉑、鈀燒結(jié)而成，正極為有效面積很大的銀電極，電解液為高濃度的KOH溶液，隔膜為石棉膜或鈦酸鉀膜，工作溫度為80～90℃。高溫固體電解質(zhì)燃料電池，復(fù)合氧化物(ZrO₂)0.85(CaO)0.15、(ZrO₂)0.9(Y₂O₃)0.1，碳酸鹽等為固體電解質(zhì)，高溫下它們的離子能夠?qū)щ?。將固體電解質(zhì)制成短管，在其內(nèi)外壁涂覆多孔的Pt作為正、負(fù)極。工作溫度為1000℃。