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定 價(jià)：88 元
- 作者：王廉舫
- 出版時(shí)間：2023/10/1
- ISBN：9787562872771
- 出 版 社：華東理工大學(xué)出版社
- 中圖法分類(lèi)：TE624.4
- 頁(yè)碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開(kāi)本：16開(kāi)
本書(shū)展現(xiàn)了綠氫作為新能源的廣闊前景，介紹了有關(guān)氫的知識(shí)，闡述了水電解制氫以及氫純化、再生和安全生產(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo),氫行業(yè)應(yīng)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新,數(shù)倍地提高電流密度,顯著降低制造成本和運(yùn)行成本。氫已經(jīng)作為二次清潔新能源登上歷史舞臺(tái)，大批研發(fā)、生產(chǎn)人員積極投入發(fā)展氫能的行列,他們迫切需要了解有關(guān)氫的制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸.充裝和使用的知識(shí)。本書(shū)可作為從事水電解制氫行業(yè)人員的教材，同時(shí)可供高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生參考,還可供從事粉末冶金、工業(yè)氣體生產(chǎn)設(shè)備制造以及管理人員借鑒。
氫作為綠色能源的載體，來(lái)源廣泛、清潔無(wú)碳、靈活高效、應(yīng)用場(chǎng)景豐富，是推動(dòng)傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用、支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想互聯(lián)媒介，也是實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸、工業(yè)和建筑等領(lǐng)域大規(guī)模深度脫碳的 佳選擇。氫能及燃料電池已經(jīng)成為全球能源技術(shù)革命的重要方向。
兩百多年前.瓦特發(fā)明了燕汽機(jī),第 一 次工業(yè)革命是以煤炭為動(dòng)力,替代人力、畜力,使 19 世紀(jì)的世界發(fā)生了翻天覆地的變化。1732 年富蘭克林發(fā)現(xiàn)了電.法拉第發(fā)明了發(fā)電機(jī),愛(ài)迪生試驗(yàn)并改進(jìn)了白熾燈;1908 年美國(guó)人福特引入流水線(xiàn)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)。第二次工業(yè)革命開(kāi)始以石油、天然氣為動(dòng)力,推動(dòng)世界進(jìn)入電氣化時(shí)代,為20 世紀(jì)的人們開(kāi)創(chuàng)了新的世界。由于現(xiàn)代人過(guò)量地消耗化石燃料,不僅使煤、石油和天然氣的儲(chǔ)量不斷降低.而且使自己賴(lài)以生存的大地、空氣和水已經(jīng)被嚴(yán)重地污染。氣候變暖,地震頻發(fā)，海平面升高,地球兩極的冰川創(chuàng)紀(jì)錄地融化,正威脅著世界上千千萬(wàn)萬(wàn)的生靈,包括人類(lèi)自己。第三次能源革命是清潔能源逐步替代化石燃料，人類(lèi)制取綠電和綠氫,實(shí)現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)。由于電是以光速傳播的,也就是說(shuō)從發(fā)電、傳輸?shù)绞褂檬窃谒查g完成的。人類(lèi)至今很難將電能直接大規(guī)模儲(chǔ)存，而且儲(chǔ)存的成本很高。但直接儲(chǔ)氫卻可以做到,不僅可將氫儲(chǔ)存在人造容器里,而且還可以將巨量的氫儲(chǔ)存在地下,其中鹽堿含水層和枯竭的油氣藏是 佳的地質(zhì)選擇。氫是清潔能源，是后碳時(shí)代的制勝法寶�，F(xiàn)在還要建立氫網(wǎng),并將電網(wǎng)和氫網(wǎng)耦合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電能與氫能的相互轉(zhuǎn)換。這樣，人類(lèi)不僅享有全球網(wǎng)絡(luò)化的清潔電力，而且還擁有大規(guī)模綠氫。氫能系統(tǒng)可利用新能源處理富余的電能進(jìn)行制氫，儲(chǔ)存起來(lái)或供下游產(chǎn)業(yè)使用;當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)荷增大時(shí),儲(chǔ)存起來(lái)的氫能可利用燃料電池進(jìn)行發(fā)電回饋電網(wǎng)，且此過(guò)程清潔高效、生產(chǎn)靈活。氫不僅是宇宙中含量 多的元素,而且占地球表面積約 71%的水,就是氫的大倉(cāng)庫(kù)。氫制取方便.性能優(yōu)異,不僅可以直接使用,而且可以通過(guò)燃料電池把氫轉(zhuǎn)變?yōu)殡?小到充電器,大到發(fā)電站,不需要輸變電。為了適應(yīng)各種儲(chǔ)運(yùn)方式及應(yīng)用環(huán)境的要求,氫可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的氫化物呈現(xiàn)。制取零碳的綠氫,儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注和使用氫，氫正加速進(jìn)入交通、工業(yè)、儲(chǔ)能和發(fā)電等領(lǐng)域。人類(lèi)用水制氫，氫在使用后又變成水,這充分體現(xiàn)了大自然的規(guī)律。氫已被視為 21 世紀(jì) 具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉�。可再生能源一般都遠(yuǎn)離用電密集區(qū),而且其電力是不穩(wěn)定的,上網(wǎng)和傳輸都有難度。那么,在現(xiàn)場(chǎng)用電解水的方法把電直接轉(zhuǎn)化成氫,實(shí)現(xiàn)非并網(wǎng)就地消納，這是理想的選擇。用可再生能源大規(guī)模電解水制氫,我國(guó)在這一領(lǐng)域已經(jīng)走在世界前列，而且呈井噴式發(fā)展。第 一次能源革命使英國(guó)成為日不落帝國(guó),在這方面引領(lǐng)世界約一百五十年。第次能源革命讓美國(guó)在 150 年前開(kāi)始引領(lǐng)世界�，F(xiàn)在,中美歐都在爭(zhēng)取成為第三次能源革命引領(lǐng)者,未來(lái)中國(guó)將引領(lǐng)第三次能源革命。首先,我國(guó)在可再生能源設(shè)備制造上,不管是光伏、風(fēng)電,還是水電,在技術(shù)上都已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平.而且市場(chǎng)占有率是世界第 一。在這些領(lǐng)域,中國(guó)在過(guò)去三年里,已經(jīng)向包括歐美在內(nèi)的全世界范圍提供了 60%的裝備。此外，占世界 50%的電動(dòng)車(chē)由中國(guó)制造,還占有 70%以上的動(dòng)力電池市場(chǎng)。在 近 20 年,我國(guó)實(shí)現(xiàn)了四縱六橫的智能電網(wǎng)系統(tǒng).而且將電網(wǎng)互聯(lián)互通擺在一帶一路的核心位置。 近,聯(lián)合國(guó)在推進(jìn)電力洲際遠(yuǎn)程傳輸?shù)幕ヂ?lián)網(wǎng),此工程是建立在中國(guó)的超高壓直流輸變電技術(shù)基礎(chǔ)上的。這意味著幾十年后,世界將不再是每年幾萬(wàn)億美元的石油貿(mào)易，而是在全球能源互聯(lián)網(wǎng)上每年幾萬(wàn)億美元的清潔電力貿(mào)易。因?yàn)樵絹?lái)越嚴(yán)峻的氣候問(wèn)題， 近歐盟提出:從2026 年開(kāi)始征收碳排放稅，其稅率預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到商品金額的 20%以上。屆時(shí)如還在用煤炭火力發(fā)電，一些低檔產(chǎn)品就會(huì)因附加高昂的稅收而出不了國(guó)門(mén),制造業(yè)就會(huì)流向使用清潔能源的國(guó)家和地區(qū)形勢(shì)已經(jīng)十分緊迫，這是百年未遇的挑戰(zhàn),當(dāng)然也是難得的機(jī)遇。我們要加倍地努力,大力發(fā)展清潔能源,加快建設(shè)新型電力系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)能源革命和信息化革命,打拼出-個(gè)海闊天空的未來(lái)早日實(shí)現(xiàn)我國(guó)的雙碳目標(biāo).盡快用可再生能源電解水制取綠氫，替代灰氫、藍(lán)氫,成為大規(guī)模供氫的能源主體,這是時(shí)代的呼喚。作為從事水電解制氫的工作者.更應(yīng)該積極發(fā)揮作用,努力做出貢獻(xiàn)。應(yīng)盡快依靠技術(shù)創(chuàng)新，數(shù)倍地提高設(shè)備產(chǎn)能.大幅降低制氫和純化設(shè)備的制造成本,降低用戶(hù)的運(yùn)行成本,從根本上徹底消除設(shè)備的腐蝕滲漏,使裝置能長(zhǎng)周期無(wú)故障地高效運(yùn)行。為此,本人編寫(xiě)了《水電解制氫技術(shù)與裝備》這本書(shū)。書(shū)中展現(xiàn)了氫能在一些國(guó)家的快速發(fā)展;詳細(xì)敘述了水電解制氫、純化、使用和氫的回收、再生;指出了在用氫還原金屬氧化物的氫氣再生裝置存在的嚴(yán)重缺陷,造成后續(xù)的金屬粉末、硬質(zhì)合金質(zhì)量問(wèn)題;還講述了本行業(yè)的熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題,以及 新科技發(fā)展和值得借鑒的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。書(shū)的結(jié)尾,是以圖文并茂的事故案例作為各種安全技術(shù)的佐證,使大家能透過(guò)現(xiàn)象看到事故的前因后果,提高在緊急情況下處理各種事故的應(yīng)變能力。與氫同行，氫創(chuàng)未來(lái)。氫和電一樣也是 重要的能源載體,也要走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)讓我們一起迎接綠電十綠氫的雙能源時(shí)代的到來(lái)。 后,希望大家都能為早日使用清潔能源,建設(shè)美麗的祖國(guó),共同保護(hù)好地球家園而努力做出新的貢獻(xiàn)。謹(jǐn)此,能為這座通向綠氫的彩虹橋增添一份基石。也懇請(qǐng)廣大讀者賜數(shù)、指正王廉舫2023年元月于上海
第１章 緒論 １
１．１ 氫能源 １
１．１．１ 能源 １
１．１．２ 綠色能源的載體氫 ４
１．１．３ 氫能的利用 ５
１．２ 氫氣的性質(zhì) １０
１．２．１ 氫的物理性質(zhì) １０
１．２．２ 氫的化學(xué)性質(zhì) １１
１．３ 氫的制備 １４
１．３．１ 實(shí)驗(yàn)室制氫 １４
１．３．２ 變壓吸附提純氫 １５
１．３．３ 氨的分解 １７
１．３．４ 電解氯化鈉水溶液 １８
１．３．５ 水電解制氫 １８
１．４ 氫的其他用途 ２２
１．４．１ 工業(yè)上的應(yīng)用 ２２
１．４．２ 農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 ２４
１．４．３ 醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 ２４
第２章 水電解的基本原理 ２６
２．１ 水電解液 ２６
２．１．１ 電解質(zhì)溶液 ２６
２．１．２ 電解液的選擇 ２７
２ 水電解制氫技術(shù)與裝備
２．２ 水的分解電壓 ２９
２．２．１ 電極電位 ２９
２．２．２ 極化作用 ３５
２．２．３ 電解液的電壓損耗 ３９
２．３ 電解反應(yīng) ４３
２．３．１ 電解液的導(dǎo)電機(jī)理 ４３
２．３．２ 電解時(shí)的電極反應(yīng) ４４
２．３．３ 法拉第定律 ４７
２．４ 能量衡算和物料衡算 ４９
２．４．１ 電能消耗和電流效率 ４９
２．４．２ 熱量衡算 ４９
２．４．３ 水的消耗 ５０
第３章 水電解制氫的裝備及流程 ５１
３．１ 水電解槽 ５２
３．１．１ 水電解槽的基本構(gòu)造 ５２
３．１．２ 水電解槽的分類(lèi) ６２
３．１．３ 水電解槽的技術(shù)性能 ６３
３．１．４ 水電解槽歷史 ６４
３．１．５ 目前國(guó)產(chǎn)水電解槽 ６８
３．２ 氣體儲(chǔ)存設(shè)備 ７８
３．２．１ 濕式儲(chǔ)氣柜 ７８
３．２．２ 壓力儲(chǔ)氣罐（瓶） ８１
３．２．３ 氣體的加壓設(shè)備 ８７
３．２．４ 氫氣的壓縮與充裝 ９７
３．３ 水電解制氫的流程 ９７
３．３．１ 常壓制氫工藝流程 ９７
３．３．２ 壓力制氫工藝流程 ９８
第４章 水電解槽的組裝、運(yùn)行和節(jié)能 １００
４．１ 水電解槽的組裝 １００
目 錄３
４．１．１ 組裝前的準(zhǔn)備 １００
４．１．２ 水電解槽的組裝 １００
４．１．３ 泄漏量試驗(yàn) １０２
４．２ 水電解槽的運(yùn)行 １０２
４．２．１ 開(kāi)車(chē)與停車(chē) １０３
４．２．２ 工藝條件控制 １０４
４．２．３ 其他操作 １０７
４．２．４ 可能出現(xiàn)的問(wèn)題及處理 １０８
４．３ 水電解槽的腐蝕 １１１
４．３．１ 腐蝕的表現(xiàn) １１１
４．３．２ 原因分析 １１２
４．４ 水電解節(jié)能 １１５
４．４．１ 降低極間電壓 １１６
４．４．２ 在電解液中加入添加劑 １１６
４．４．３ 水電解槽的低負(fù)荷經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 １１８
第５章 氫氣純化 １２２
５．１ 催化脫氧 １２３
５．１．１ 催化脫氧的原理 １２３
５．１．２ 催化劑及其性能 １２３
５．１．３ 脫氧器 １２４
５．２ 加壓冷凍脫水 １２５
５．２．１ 壓縮脫水 １２６
５．２．２ 冷凍脫水 １２６
５．３ 吸附干燥 １２７
５．３．１ 吸附的基本概念 １２７
５．３．２ 幾種常用的吸附劑 １２８
５．３．３ 吸附劑的性能比較 １２９
５．３．４ 吸附劑的加熱再生 １３２
５．４ 氫氣再生 １３７
５．４．１ 金屬鎢粉的生產(chǎn) １３８
４ 水電解制氫技術(shù)與裝備
５．４．２ 影響還原鎢粉質(zhì)量的因素 １４０
５．４．３ 氫氣再生裝置 １４１
第６章 安全技術(shù) １４７
６．１ 可燃?xì)獾陌踩?１４７
６．１．１ 在系統(tǒng)及封閉環(huán)境產(chǎn)生混合氣 １４７
６．１．２ 可燃?xì)庑孤┰陂_(kāi)放空間 １５０
６．１．３ 氫氣是相對(duì)較安全可控的可燃?xì)?１５３
６．２ 氫氧站廠(chǎng)房及設(shè)施的安全要求 １５４
６．２．１ 氫氧站廠(chǎng)房的安全要求 １５４
６．２．２ 氫氧站電氣的安全技術(shù) １５５
６．２．３ 氫氣管道的安全要求 １５７
６．２．４ 氧氣管道的安全要求 １６０
６．３ 氫氧站的安全操作 １６７
６．３．１ 防止產(chǎn)生混合氣 １６７
６．３．２ 氫氣著火事故的處理 １７４
６．３．３ 停產(chǎn)檢修的安全 １７５
６．４ 應(yīng)重視氧氣的安全 １７８
附錄一 氣體的露點(diǎn)-ppm- 濕度換算表 １８１
附錄二 氫氧化鉀水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)-密度-波美度換算表（１５℃） １８３
參考文獻(xiàn) １８５
第１章 緒論 １
１．１ 氫能源 １
１．１．１ 能源 １
１．１．２ 綠色能源的載體氫 ４
１．１．３ 氫能的利用 ５
１．２ 氫氣的性質(zhì) １０
１．２．１ 氫的物理性質(zhì) １０
１．２．２ 氫的化學(xué)性質(zhì) １１
１．３ 氫的制備 １４
１．３．１ 實(shí)驗(yàn)室制氫 １４
１．３．２ 變壓吸附提純氫 １５
１．３．３ 氨的分解 １７
１．３．４ 電解氯化鈉水溶液 １８
１．３．５ 水電解制氫 １８
１．４ 氫的其他用途 ２２
１．４．１ 工業(yè)上的應(yīng)用 ２２
１．４．２ 農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 ２４
１．４．３ 醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 ２４
第２章 水電解的基本原理 ２６
２．１ 水電解液 ２６
２．１．１ 電解質(zhì)溶液 ２６
２．１．２ 電解液的選擇 ２７
２ 水電解制氫技術(shù)與裝備
２．２ 水的分解電壓 ２９
２．２．１ 電極電位 ２９
２．２．２ 極化作用 ３５
２．２．３ 電解液的電壓損耗 ３９
２．３ 電解反應(yīng) ４３
２．３．１ 電解液的導(dǎo)電機(jī)理 ４３
２．３．２ 電解時(shí)的電極反應(yīng) ４４
２．３．３ 法拉第定律 ４７
２．４ 能量衡算和物料衡算 ４９
２．４．１ 電能消耗和電流效率 ４９
２．４．２ 熱量衡算 ４９
２．４．３ 水的消耗 ５０
第３章 水電解制氫的裝備及流程 ５１
３．１ 水電解槽 ５２
３．１．１ 水電解槽的基本構(gòu)造 ５２
３．１．２ 水電解槽的分類(lèi) ６２
３．１．３ 水電解槽的技術(shù)性能 ６３
３．１．４ 水電解槽歷史 ６４
３．１．５ 目前國(guó)產(chǎn)水電解槽 ６８
３．２ 氣體儲(chǔ)存設(shè)備 ７８
３．２．１ 濕式儲(chǔ)氣柜 ７８
３．２．２ 壓力儲(chǔ)氣罐（瓶） ８１
３．２．３ 氣體的加壓設(shè)備 ８７
３．２．４ 氫氣的壓縮與充裝 ９７
３．３ 水電解制氫的流程 ９７
３．３．１ 常壓制氫工藝流程 ９７
３．３．２ 壓力制氫工藝流程 ９８
第４章 水電解槽的組裝、運(yùn)行和節(jié)能 １００
４．１ 水電解槽的組裝 １００
目 錄３
４．１．１ 組裝前的準(zhǔn)備 １００
４．１．２ 水電解槽的組裝 １００
４．１．３ 泄漏量試驗(yàn) １０２
４．２ 水電解槽的運(yùn)行 １０２
４．２．１ 開(kāi)車(chē)與停車(chē) １０３
４．２．２ 工藝條件控制 １０４
４．２．３ 其他操作 １０７
４．２．４ 可能出現(xiàn)的問(wèn)題及處理 １０８
４．３ 水電解槽的腐蝕 １１１
４．３．１ 腐蝕的表現(xiàn) １１１
４．３．２ 原因分析 １１２
４．４ 水電解節(jié)能 １１５
４．４．１ 降低極間電壓 １１６
４．４．２ 在電解液中加入添加劑 １１６
４．４．３ 水電解槽的低負(fù)荷經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 １１８
第５章 氫氣純化 １２２
５．１ 催化脫氧 １２３
５．１．１ 催化脫氧的原理 １２３
５．１．２ 催化劑及其性能 １２３
５．１．３ 脫氧器 １２４
５．２ 加壓冷凍脫水 １２５
５．２．１ 壓縮脫水 １２６
５．２．２ 冷凍脫水 １２６
５．３ 吸附干燥 １２７
５．３．１ 吸附的基本概念 １２７
５．３．２ 幾種常用的吸附劑 １２８
５．３．３ 吸附劑的性能比較 １２９
５．３．４ 吸附劑的加熱再生 １３２
５．４ 氫氣再生 １３７
５．４．１ 金屬鎢粉的生產(chǎn) １３８
４ 水電解制氫技術(shù)與裝備
５．４．２ 影響還原鎢粉質(zhì)量的因素 １４０
５．４．３ 氫氣再生裝置 １４１
第６章 安全技術(shù) １４７
６．１ 可燃?xì)獾陌踩?１４７
６．１．１ 在系統(tǒng)及封閉環(huán)境產(chǎn)生混合氣 １４７
６．１．２ 可燃?xì)庑孤┰陂_(kāi)放空間 １５０
６．１．３ 氫氣是相對(duì)較安全可控的可燃?xì)?１５３
６．２ 氫氧站廠(chǎng)房及設(shè)施的安全要求 １５４
６．２．１ 氫氧站廠(chǎng)房的安全要求 １５４
６．２．２ 氫氧站電氣的安全技術(shù) １５５
６．２．３ 氫氣管道的安全要求 １５７
６．２．４ 氧氣管道的安全要求 １６０
６．３ 氫氧站的安全操作 １６７
６．３．１ 防止產(chǎn)生混合氣 １６７
６．３．２ 氫氣著火事故的處理 １７４
６．３．３ 停產(chǎn)檢修的安全 １７５
６．４ 應(yīng)重視氧氣的安全 １７８
附錄一 氣體的露點(diǎn)-ppm- 濕度換算表 １８１
附錄二 氫氧化鉀水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)-密度-波美度換算表（１５℃） １８３
參考文獻(xiàn) １８５
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