我國(guó)煤氣化制氫技術(shù)的發(fā)展研究

摘 要：隨著社會(huì)的不斷前行，能源正在朝著更加清潔的趨勢(shì)發(fā)展。氫能，作為一種高效的二次能源，獲取途徑較為廣泛，能量轉(zhuǎn)換完成后產(chǎn)物為水，能夠真正達(dá)成零污染排放。未來能源可持續(xù)發(fā)展的研究將會(huì)進(jìn)一步深入，氫能也將會(huì)發(fā)揮更加重要的作用。當(dāng)前，我們亟需尋找全新的能源或者更加有效的煤炭利用手段，替代原有模式中對(duì)于化石能源的直接使用，更好地保護(hù)環(huán)境。本文對(duì)煤氣化制氫技術(shù)進(jìn)行分析，針對(duì)其中的不足之處進(jìn)行討論，提出相應(yīng)的解決方案，期望氫能在我國(guó)能源領(lǐng)域中的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：氫;煤炭氣化;煤化工

氫能屬于一種清潔型二次能源，能量轉(zhuǎn)化完成后不會(huì)對(duì)外排放引起溫室效應(yīng)的氣體，遵循地球中原有的物質(zhì)循環(huán)，可以說是二十一世紀(jì)首要的清潔能源。因此，世界上諸多國(guó)家都將注意力聚焦在氫能的發(fā)展之上。制氫工藝的發(fā)展由氫能系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，即氫能的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、是否可以規(guī)模化生產(chǎn)取決于原始資源的充足程度。對(duì)比傳統(tǒng)一次能源來看，我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)備較為充足。所以，當(dāng)太陽(yáng)能、風(fēng)能等一些清潔能源和可再生能源尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；纳a(chǎn)前，煤氣化制氫工藝將有著良好的應(yīng)用潛力。

1 煤氣化制氫簡(jiǎn)介

從煤氣化制氫工藝來看，主要存在以下兩種方式：其一是通過部分煤的燃燒釋放熱量，推動(dòng)系統(tǒng)完成的氣化過程。當(dāng)前大部分的氣化模式均是此類方式，該氣化方式優(yōu)勢(shì)明顯，但也有諸多不足。①該方式反應(yīng)前需要將部分煤燃燒，約占總質(zhì)量的四分之一，限制了轉(zhuǎn)化率的提高;②需為系統(tǒng)提供大量的氧氣，導(dǎo)致工藝流程更加繁瑣，并且會(huì)排放較多的二氧化碳，提高氣體處理難度。其二是通過外部提供煤氣化過程需要的熱量。該方式無需為系統(tǒng)提供氧氣，僅通過水蒸氣和煤即可完成，產(chǎn)出物質(zhì)為一氧化碳和氧氣，一氧化碳還能夠經(jīng)由水煤氣變換生成氫氣和二氧化碳。這一方式的優(yōu)點(diǎn)在于無需將部分煤燃燒，可以有效提升轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)全過程無需氧氣，簡(jiǎn)化工藝流程，最終排出的二氧化碳總量也顯著降低。但是該方式中核心技術(shù)尚未完善，即如何更好地將熱量傳遞到反應(yīng)系統(tǒng)之中，確保反應(yīng)順利完成。

2 煤氣化制氫技術(shù)

煤氣化制氫工藝本質(zhì)上是通過煤的氣化過程獲取一氧化碳和氫氣，經(jīng)由一系列的提純分離過程后，獲得期望濃度的氫氣。

2.1 煤氣化制氫工藝路線

煤的氣化過程，就是煤炭和氣化劑處在特定的外部條件下完成一系列化學(xué)變化形成煤氣的過程。煤氣化工藝較為多樣，按照煤炭是否需要采集的標(biāo)準(zhǔn)，將其劃分成地面氣化工藝以及地下氣化工藝。一是地面氣化工藝，又可以進(jìn)一步細(xì)分：①參照煤炭原料和氣化劑在爐體內(nèi)部流動(dòng)時(shí)接觸方式的差異能夠分為移動(dòng)床方式、流化床方式、氣流床方式以及溶浴床方式;②按照煤炭原料添加到爐體時(shí)，顆粒程度的差異進(jìn)行劃分，分別為塊煤氣化、碎煤氣化以及煤粉氣化;③通過氣化階段借助氣化劑種類的差異進(jìn)行分類;④按照煤氣化后形成廢渣排出爐體時(shí)的形態(tài)結(jié)構(gòu)差異進(jìn)行劃分，主要有固態(tài)排渣方式、液態(tài)排渣方式以及灰團(tuán)聚方式?？v觀煤氣化工藝的發(fā)展來說，國(guó)內(nèi)已經(jīng)走過了數(shù)十年的歷程。但是當(dāng)前采用較多的氣化模式仍然是固定床氣化方式，技術(shù)相對(duì)落后，效率難以提升。二是地下氣化工藝，這是對(duì)地下煤層就地氣化生產(chǎn)煤氣的一種方法。將地下煤炭直接進(jìn)行有控制的燃燒，從根本上消除煤炭開采地下作業(yè)、運(yùn)輸?shù)裙ぷ?，但由于地下煤層的?gòu)成復(fù)雜，至今尚未有成熟工藝形成。

隨著天然氣和石油化工領(lǐng)域的不斷更新，煤氣化工藝在一些發(fā)達(dá)國(guó)家中曾出現(xiàn)一段停滯時(shí)期，但由于煤炭清潔工藝的突破帶動(dòng)起的全新潮流，發(fā)達(dá)國(guó)家再次展開煤氣化工藝的開發(fā)。特別是工業(yè)程度較高的國(guó)家中，投入較多的資金和人力進(jìn)行煤氣化技術(shù)的研究，開發(fā)出一批全新的煤氣化工藝，進(jìn)一步提升了裝置的產(chǎn)出性能、確保煤炭原料更好的適用在不同條件之中，推動(dòng)轉(zhuǎn)化效率的提高并降低環(huán)境污染，部分氣化方式已經(jīng)逐步完成了商業(yè)化轉(zhuǎn)型。

2.2 我國(guó)煤氣化制氫的發(fā)展建議

①針對(duì)我國(guó)當(dāng)前采用的固定床氣化方式可以通過富氧空氣連續(xù)氣化的工藝進(jìn)行改進(jìn)，并且搭建出完善的輔助保護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)化效率，降低污染物質(zhì)的產(chǎn)出，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)效益;②深入推進(jìn)煤粉流化床氣化工藝的開發(fā)并將其應(yīng)用于實(shí)際之中，逐步替換傳統(tǒng)的工藝技術(shù)，將碎煤作為生產(chǎn)原料，從而更好的優(yōu)化煤粉利用程度;③將發(fā)達(dá)國(guó)家中較為先進(jìn)的煤氣化工藝進(jìn)行引入，自主研制某些核心技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)。閉門造車是難以完成新技術(shù)的研發(fā)的，應(yīng)當(dāng)通過外部引進(jìn)加以自主研發(fā)，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，確保技術(shù)更好地服務(wù)于社會(huì)。

3 結(jié)語

氫氣將成為21世紀(jì)的一種非常重要的清潔能源，中國(guó)需要大力發(fā)展清潔的氫能系統(tǒng)。綜合考慮原料資源、技術(shù)水平以及經(jīng)濟(jì)實(shí)力等因素，中國(guó)在選擇經(jīng)濟(jì)、高產(chǎn)制氫工藝路線時(shí)，應(yīng)將煤氣化制氫技術(shù)作為優(yōu)選方案。中國(guó)需要在對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行必要的技術(shù)改造的同時(shí)，積極發(fā)展更加先進(jìn)的煤氣化制氫技術(shù)。大型先進(jìn)煤氣化技術(shù)的發(fā)展需要通過廣泛的國(guó)際合作，引進(jìn)國(guó)外的關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備及材料，更需要借助國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)、力量及資金，力爭(zhēng)取得事半功倍的效果。

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作者簡(jiǎn)介：

吳妙華（1994- ），男，漢族，江蘇南通人，本科學(xué)歷，當(dāng)前職稱：助工。