氢能概论

　　《氢能概论》为氢能系列教材之一，根据新能源科学与工程专业人才培养方案以及氢能企业对高级应用型人才的要求编写而成。本书主要内容包括制氢、氢的储存、氢的输送与加注、氢燃烧及其利用、燃料电池及其利用、氢在能源化工领域的利用、氢在其他领域的利用和氢安全。

　　李汉勇，北京石油化工学院能源工程系副教授、硕士生导师，长期从事氢能利用技术、掺氢及纯氢管道输送技术、液氢加氢站工艺技术等领域的教学和科研工作。主持国家自然科学基金面上项目1项、横向课题7项，以第一作者/通讯作者发表核心科技论文30余篇，主编教材4部。侯燕，北京石油化工学院讲师，硕士生导师。主要从事相变传热传质及太阳能热化学制氢方向的研究工作。主持北京市自然科学基金1项、军工横向课题2项，参与完成多个国家级、省部级和横向课题。发表第一作者或通讯作者SCI论文11篇，授权发明专利4项。张伟，北京石油化工学院能源工程系教授、硕士生导师，长期从事相变换热强化与相变储能、氢能利用技术、电池运行安全与热管理、太阳能与地热能高效利用等领域的教学和科研工作。研究成果获得JYB自然科学一等奖， 累计发表学术论文80余篇，获得国家专利授权12项。徐超，华北电力大学教授，国家储能技术产教融合创新平台副主任。2015年获得国家优秀青年科学基金资助并于2017年入选中组部“万人计划”青年拔尖人才。主要研究方向：（1）太阳能高效转化与利用；（2）储能与氢能技术热管理等。发表SCI论文130余篇，获国家授权发明专利20余项。

目录

第1章绪论（1）

1.1氢与氢能的特点（1）

1.1.1氢的性质（1）

1.1.2氢能的特点（2）

1.2氢能全产业链简介（3）

1.3氢安全（4）

1.4氢能发展前景（4）

1.5氢能对实现我国“双碳”发展战略的重要意义（5）

习题（6）

第2章制氢（7）

2.1煤气化制氢（7）

2.1.1固定床煤气化制氢（8）

2.1.2流化床煤气化制氢（8）

2.1.3气流床煤气化制氢（9）

2.2天然气制氢（11）

2.2.1天然气蒸汽重整制氢（11）

2.2.2天然气部分氧化制氢（13）

2.2.3天然气二氧化碳重整制氢（13）

2.2.4天然气催化裂解制氢（13）

2.3水电解制氢（14）

2.3.1碱性电解水制氢（15）

2.3.2质子交换膜电解水制氢（15）

2.3.3固体氧化物电解水制氢（16）

2.4甲醇制氢（17）

2.4.1甲醇蒸汽重整制氢（18）

2.4.2甲醇裂解制氢（19）

2.4.3甲醇部分氧化制氢（20）

2.5太阳能制氢（21）

2.5.1太阳能光催化分解水制氢（21）

2.5.2太阳能光电化学分解水制氢（22）

2.6工业副产氢气（23）

2.6.1氯碱副产氢气（24）

2.6.2焦炉煤气副产氢气（25）

2.6.3石化企业副产氢气（26）

2.7其他制氢方法（27）

2.7.1氨分解制氢（27）

2.7.2生物质热化学制氢（28）

2.7.3微生物制氢（29）

2.7.4生物质衍生物制氢（30）

习题（33）

第3章氢的储存（34）

3.1氢的高压气态储存（34）

3.1.1高压气态储氢原理（34）

3.1.2高压气态储氢设备（35）

3.1.3氢气高压储存的应用（40）

3.2氢的液态储存（41）

3.2.1氢的液态储存原理（41）

3.2.2氢的液态储存设备（42）

3.2.3液态储氢技术的应用（44）

3.3氢的固态储存（44）

3.3.1化学储氢（45）

3.3.2吸附储氢（49）

3.3.3固态储氢设备（50）

3.3.4固态储氢的应用（54）

3.4氢的有机液体储存（55）

3.4.1有机液体储氢原理（55）

3.4.2液体有机氢载体（55）

3.4.3有机液体储氢的特点及应用（56）

习题（56）

第4章氢的输送与加注（58）

4.1高压气态氢长管拖车输送（58）

4.1.1高压气氢的制取（58）

4.1.2氢气长管拖车（59）

4.1.3高压气氢的装卸车工艺（60）

4.2纯氢和掺氢天然气管道输送（62）

4.2.1纯氢管道输送（62）

4.2.2掺氢天然气管道输送（65）

4.3液氢的车船输送（68）

4.3.1氢气液化（68）

4.3.2液氢槽罐车充装及运输要求（69）

4.3.3液氢槽罐车船（70）

4.4其他输送方式（71）

4.4.1有机液态氢化物输送（71）

4.4.2固态氢输送（73）

4.4.3不同氢气输送方式比较（73）

4.5加氢站（73）

4.5.1加氢站类别（73）

4.5.2氢气加氢站（74）

4.5.2液氢加氢站（78）

习题（79）

第5章氢燃烧及其利用（81）

5.1氢燃烧与直接热利用（81）

5.1.1氢燃烧及特点（81）

5.1.2氢直接热利用（82）

5.2氢内燃机（84）

5.2.1氢内燃机工作原理（84）

5.2.2氢内燃机系统（85）

5.2.3氢内燃机理论循环（87）

5.2.4氢内燃机与汽油内燃机对比（88）

5.2.5氢内燃机应用实例（90）

5.3氢燃气轮机（92）

5.3.1氢燃气轮机工作原理（92）

5.3.2氢燃气轮机结构（93）

5.3.3氢燃气轮机简单理想循环（96）

5.3.4氢燃气轮机性能影响因素（97）

5.4液氢火箭（100）

5.4.1液氢火箭结构及工作原理（100）

5.4.2YF-77氢氧火箭发动机系统（101）

5.4.3氢氧火箭发动机的优势（103）

5.4.4氢氧火箭发动机性能影响因素（103）

习题（105）

第6章燃料电池及其利用（106）

6.1燃料电池（106）

6.1.1燃料电池的基本构造（106）

6.1.2燃料电池的基本工作原理（107）

6.1.3燃料电池的种类（108）

6.1.4燃料电池的特点（111）

6.2燃料电池在交通运输领域的利用（112）

6.2.1燃料电池车辆的原理（113）

6.2.2燃料电池车辆（117）

6.2.3燃料电池船舶（120）

6.2.4燃料电池机车（120）

6.2.5燃料电池飞机（121）

6.3燃料电池在储能发电领域的利用（122）

6.3.1固定式燃料电池发电（122）

6.3.2移动式燃料电池电源（124）

6.3.3微型燃料电池电源（125）

6.4我国燃料电池发展前景（127）

6.4.1自主知识产权的核心技术（127）

6.4.2电池系统的可靠性、功率密度及寿命（127）

6.4.3政策引导、技术标准及检测体系（127）

习题（128）

第7章氢在能源化工领域的利用（130）

7.1化工领域的氢利用（130）

7.1.1合成氨工业的氢利用（130）

7.1.2合成甲醇工业的氢利用（131）

7.2石油化工领域的氢利用（132）

7.2.1加氢精制（132）

7.2.2加氢裂化（135）

7.3煤化工领域的氢利用（138）

7.3.1煤间接液化工艺中的氢利用（138）

7.3.2煤直接液化工艺中的氢利用（141）

习题（145）

第8章氢在其他领域的利用（148）

8.1氢在电子行业中的利用（148）

8.1.1氢作为气氛气（148）

8.1.2氢作为原料气（149）

8.1.3氢作为蚀刻气（149）

8.1.4氢气作为载气（150）

8.2钢铁行业的氢利用（150）

8.2.1氢气炼铁的原理（151）

8.2.2富氢气基直接还原炼铁技术（152）

8.2.3富氢熔融还原炼铁技术（154）

8.3氢在医疗健康领域的应用（155）

8.3.1氢气的生物安全性（155）

8.3.2氢气治疗疾病概况（156）

8.3.3利用氢气治疗疾病的方法（157）

8.4氢核聚变（160）

8.4.1氢核聚变的原理（160）

8.4.2氢核聚变的设备（160）

8.4.3托卡马克装置实例（163）

习题（167）

第9章氢安全（169）

9.1氢的危险性分析（170）

9.1.1氢的危险性（170）

9.1.2典型氢事故案例（174）

9.2氢能利用的安全风险及预防（177）

9.2.1气态氢利用中的安全风险（177）

9.2.2液态氢利用中的安全风险（181）

9.2.3氢的安全处理及风险预防（184）

9.3氢安全技术规范（188）

9.3.1国内氢安全标准（188）

9.3.2国际氢安全标准（190）

9.4氢事故应急预案（192）

习题（195）

参考文献（197）