能源催化.ppt

1、能源催化能源催化什么是什么是“煤变油煤变油”?“煤变油”就是将煤转化为类似于石油的液体。科学称谓是煤基液体燃料合成技术，即以固体状态的煤炭为原料通过化学加工过程，使其转化成为汽油、柴油、液化石油气等液态烃类燃料和高附加值化工产品的技术。根据加工过程的不同路线，“煤变油”分为直接液化和间接液化两种方式。煤的结构煤的结构煤直接液化制油技术煤直接液化制油技术 煤直接液化就是油煤浆在高温、高压、催化剂作用下首先打断煤的大分子结构，然后将外供氢加到碳原子上而成液体油，再通过加H2 提质，煤中杂原子变为各类化合物，氧主要生成H2O、CO2，硫生成H2S，灰仍为细小固态，通过固液分离而除去。煤间接液化制油技

2、术煤间接液化制油技术 煤的间接液化是德国皇家煤炭研究所的 F.Ficher 和 H.Tropsch 两个化学家于1923 年首先提出的，所以又称为 F.Ficher-H.Tropsch(简称为 F-T)合成或者费托合成。煤的间接液化通常分为三步煤的间接液化通常分为三步:一、制取合成气。一、制取合成气。将经过适当处理的煤送入反应器，在一定温度下通过气化剂(空气或氧气+蒸气)，使煤不完全燃烧，这样就能以一定的流动方式将煤转化为由一氧化碳和氢气混合的合成气，将形成残渣排出；二、进行催化反应，二、进行催化反应，将合成气经过净化处理，在特定的催化剂作用下，让合成气发生化合反应，合成烃类或液态的烃类的类似

3、石油和其他化工产品；三、对产物进行进一步的提质加工。三、对产物进行进一步的提质加工。首次工业首次工业化年份化年份过程或催化剂过程或催化剂产品或用途产品或用途催化剂主要成分催化剂主要成分约约19201920水煤气变换水煤气变换合成气合成气（CO+HCO+H2 2）CuCu等等CO+H2Syngas合成气合成气乙醇甲醇甲烷二甲醚合成汽油Pt/Rh/SiO2Cu-Zn-ONiCu,ZnCo,Ni,Fe催化作用改变反应途径和目标产物催化作用改变反应途径和目标产物实例实例 合成气选择性催化转化利用合成气选择性催化转化利用直接液化和间接液化的比较直接液化和间接液化的比较 从吨液体产品综合分析，如果按同样规

4、模预测，直接液化吨产品投资要稍高于间接液化。直接液化对煤质要求严格，可选择范围小，合成燃料转化率较高。间接液化工艺过程，技术难度，设备材质与制造，操作维修等都比直接液化简单，技术风险小。间接液化对原料煤质适应性广，产品使用效率较高、环保性能更好，但比直接液化的副产品多。我国煤制油产业国际上煤制油的发展状况燃料电池燃料电池燃料电池发展史燃料电池发展史1839 年英国的Grove发明了燃料电池,并用这种以铂黑为电极催化剂铂黑为电极催化剂的简单的氢氧燃料电池点亮了伦敦讲演厅的照明灯。1889 年Mood 和Langer 首先采用了燃料电池这一名称,并获得200mA/m2电流密度。由于发电机和电极过程

5、动力学的研究未能跟上,燃料电池的研究直到20 世纪50 年代才有了实质性的进展,英国剑桥大学的Bacon 用高压氢氧制成了具有实用功率水平的燃料电池。60 年代,这种电池成功地应用于阿波罗(Appollo)登月飞船。从60 年代开始,氢氧燃料电池广泛应用于宇航领域,同时,兆瓦级的磷酸燃料电池也研制成功。从80 年代开始,各种小功率电池在宇航、军事、交通等各个领域中得到应用。燃料电池组成燃料电池组成 燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能,直接转化为电能的装置。燃料电池的原理是一种电化学装置,其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成

6、。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部,因此,限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质,只是个催化转换催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时,燃料和氧化剂由外部供给,进行反应。原则上只要反应物不断输入,反应产物不断排除,燃料电池就能连续地发电。研究关键：研究关键：电催化剂电解质膜材料电极与膜电极电催化剂电催化剂熔融碳酸盐燃料电池熔融碳酸盐燃料电池阳极电催化剂-主要为Ni或在Ni中掺杂其它元素(Cr、Al及Cu等)阴极电催化剂-主要为NiO或在NiO中掺杂其它元素(Co、Ag、Ge、Cu及La2O3等).固体氧化物燃料电池固体氧化物燃

7、料电池阳极电催化剂-Ni/YSZ阴极电催化剂-掺杂的LaMnO3.燃料电池的优点燃料电池的优点 能量转换效率高能量转换效率高 这种装置的最大特点是由于反应过程中不涉及到燃烧,因此其能量转换效率不受“卡诺循环”的限制,能量转换效率高达60%80%,实际使用效率则是普通内燃机的23 倍。燃料多样化燃料多样化 环境友好环境友好 the by-product of hydrogen fuel cell is pure water 噪声低噪声低 启动速度快，可靠性高启动速度快，可靠性高 模块结构、积木性强、比功率高等优点模块结构、积木性强、比功率高等优点,既可以集中供电既可以集中供电,也适合分散供电也适

8、合分散供电。微生物燃料电池处理污水发电两不误由美国宾夕法尼亚州立大学的科学家洛根率领的一个研发小组宣布,他们研制出一种新型的微生物燃料电池,可以把未经处理的污水转变成干净用水和电源。电池装置和氢燃料电池有点相似,是一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽。和氢燃料电池不同的是,微生物燃料电池是单一反应槽,里面装有条阳极石墨棒,它们围绕着一个阴极棒,密闭槽中间以质子交换膜间隔。密闭槽外部以铜线组成的闭合电路,用作电子流通的路径。当污水被注人反应槽后,细菌酶将污水中的有机物分解,在此过程中释放出电子和质子。其中,电子流向阳极,而质子则通过槽内的质子交换膜流向负极,并在那里与空气中的氧以及电子结合生成干净的水。从而完成对污水的处理。与此同时,反应槽内负极之间的电子交换产生了电压,使该设备能够给外部电路供电。单一反应槽是微生物燃料电池设计的创新。单一反应槽以质子交换膜连接两槽,其功能不仅可分开两槽水溶液,还可以避免氧气扩散至另一槽内。单一槽微生物燃料电池可以以连续注水方式将空气带人阴极,从而减少通氧设备的花费。本刊摘编