我國煤氣化制氫技術的發(fā)展研究

蔡翰超

摘?要：通過對各種煤氣化技術的比較得出：氣流床煤氣化技術是煤氣化的發(fā)展方向、也是煤化工的方向，是最清潔的煤化工轉化利用技術，具有清潔高效，原料利用率高、適應性廣、消耗低、對資源節(jié)約、對環(huán)境友好等優(yōu)點，在我國有非常廣闊的發(fā)展前景。四種氣流床氣化技術在我國都有成功的工業(yè)化經(jīng)驗，未來一方面要加強氣化設備的國產(chǎn)化，更重要的是在引進先進的氣化技術的同時注重創(chuàng)新和吸收，開發(fā)具有我國自主創(chuàng)新的氣化技術。

關鍵詞：煤氣;化制氫;技術

煤氣化作為煤化工的新技術，是清潔煤技術的龍頭，是發(fā)展煤基液體燃料合成，先進的IGCC 發(fā)電，多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，制氫，燃料電池，直接還原煉鐵等過程工業(yè)的基礎;被公認為最清潔的煤轉化利用技術。

1煤氣化技術介紹

煤氣化是一個熱化學過程，以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣等作氣化劑，在高溫高壓條件下通過化學反應將煤或煤焦中的可燃部分轉化為氣體燃料（合成氣）的過程。根據(jù)氣化爐內(nèi)煤粉與氣化劑的接觸方式不同，成熟的工業(yè)化煤氣化技術有流化床氣化技術，固定床氣化技術，氣流床氣化技術。流化床氣化技術采用0—10mm的小顆粒煤作為氣化原料，氣化劑同時作為流化介質，通過氣化爐內(nèi)的氣體分布板自下而上經(jīng)過床層，通過控制氣化劑的流速，使床層內(nèi)的顆粒煤全部處于流化狀態(tài)，煤料在劇烈的攪動和返混中，煤粒和氣化劑充分接觸，進行化學反應和熱量傳遞，利用碳燃燒放出的熱量，提供給煤粒進行干燥，干餾和氣化。其代表的工業(yè)化技術有美國的U—Gas氣化爐，德國的恩德爐，國內(nèi)的灰熔聚氣化爐。流化床氣化技術由于單爐生產(chǎn)能力低，產(chǎn)品品質不高，環(huán)境污染嚴重等問題工業(yè)應用不多。固定床氣化技術與流化床氣化技術相似，只是在氣化爐內(nèi)煤料的下降速度相對于氣化劑的上升速度而言很慢，未達到流化程度，故稱為固定床氣化。其代表的工業(yè)化技術有常壓固定床技術，Lurge（魯奇），BGL氣化技術。固定床氣化技術和流化床氣化技術一樣，單爐生產(chǎn)能力低，產(chǎn)品品質不高，環(huán)境污染嚴重，工業(yè)應用程度不高。氣流床氣化技術是將氣化劑（一般為氧氣和水蒸氣）和煤粉或煤漿以射流的形式噴入氣化爐內(nèi)，在高溫高壓下將煤料快速轉化為有效氣（合成氣）的一種先進氣化技術。其代表的工業(yè)化技術主要有美國GE的德士古氣化技術，荷蘭Shell的粉煤加壓氣化技術，德國未來能源的GSP氣化技術，華東理工大學的多噴嘴對置水煤漿氣化技術。氣流床氣化技術相比于流化床氣化技術和固定床氣化技術，具有很明顯的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在清潔高效，原料利用率高、適應性廣、消耗低、對資源節(jié)約、對環(huán)境友好等方面，代表煤氣化技術的發(fā)展方向。

2制氫技術現(xiàn)狀

2.1水電解制氫

電解水制氫技術已經(jīng)是一種比較成熟的制氫方式，但是電解水制氫技術成本比較高，因此我國目前采用電解水制氫得到的氫能源占總含量的很少一部分。電解水制氫有著氫純度比較高、操作簡單等優(yōu)勢，目前已經(jīng)有著近百年的發(fā)展歷史。在電解水制氫過程中，電解池是其中重要的裝置，電解制氫生產(chǎn)過程都是在其中完成的，比如電解質和電極的改進和創(chuàng)新。在電解制氫過程中，主要將電解電壓、電流密度等化學參數(shù)進行收集。電解水制氫技術生產(chǎn)過程中，原材料費用占到總成本的80%左右，設備和工具等奮勇占到總成本15%左右，操作與管理費用占到總成本的5%左右。因此可以得知，電解水制氫技術中占到大部分的還是原材料費用，因此得不到普遍的應用，市場競爭力比較低，但是如果在水力資源比較豐富的地區(qū)，也可以采用電解水制氫技術，在生產(chǎn)出廉價的氫氣的同時還能實現(xiàn)資源的可再生，有效地起到了保護環(huán)境的作用，促進了經(jīng)濟的發(fā)展。

2.2礦物燃料制氫過程

（1）天然氣蒸汽轉化制氫過程

天然氣制氫技術是長期以來最為經(jīng)濟的一種制氫方式。天然氣從地下開采到地面過程中會含有很多的組成部分，其中最為主要的是甲烷，然后還有水、硫化物、碳氫化合物、氮氣、碳氧化合物等。所以在天然氣制氫生產(chǎn)之前，首先要將其中的雜質進行清理，才能進入管網(wǎng)，其中甲烷占75%—85%，其他部分為二氧化碳和烴等物質。

（2）重油部分氧化制氫過程

重油是在煉油過程中產(chǎn)生的一種殘余物質，具有的市場價值不是很高。但是卻可以實現(xiàn)制氫，成本比較低。但是隨著目前重要的用途被逐漸的放寬，油價又在持續(xù)的走高，造成重油的成本也逐漸的升高，成本優(yōu)勢已經(jīng)不是很明顯。

（3）煤氣化制氫過程

我國的煤炭資源儲備比較豐富，用煤氣制氫也是其中比較常用的一種方法。我國石油行業(yè)在最近的集中逐漸的興起，尤其是在天然氣制氫技術出現(xiàn)之后，煤氣化制氫技術就逐漸的退出了歷史的舞臺，但是目前石油氣天然氣資源開采的量逐漸增加，資源面臨著枯竭的危險，因此煤炭制氫技術還具有實現(xiàn)的意義。

3制氫技術發(fā)展前景

3.1氫氣市場變化

我國對于氫能源的需求量主要表現(xiàn)在兩個方面，一個是氫氣需求量的不斷增加，一個是制氫產(chǎn)業(yè)的規(guī)模正在向著多元化的方向發(fā)展。我國最近對于環(huán)境保護方面越來越重視，尤其是汽車尾氣的排放標準逐漸的升高，在石油煉制方面氫氣的用量正在呈現(xiàn)一種上升的趨勢，氫氣是一種新型的清潔能源，是礦物能源的一種有效補充。目前低溫燃料電池在市場中已經(jīng)逐漸的引起人們的關注，有著能源轉換效率較高的優(yōu)勢。對于汽車行業(yè)來說，氫能源也是一種全新的挑戰(zhàn)。

3.2制氫技術變化

想要將制氫效率提高、制氫成本降低，就要將制氫技術進行不斷的完善和創(chuàng)新。目前來看，氫能源的利用效果還比較符合人們的心愿，對于相關礦物制氫技術也在不斷的開發(fā)和研究當中，只是因為制氫原料的不同表現(xiàn)出不同的差異。通過不同制氫技術之間的比較，甲烷制氫技術所用的設備費用最少，被人們目前普遍的使用。

結語

目前全世界對于制氫技術的要求都比較嚴格，為了有效地保護環(huán)境不被破壞，氫能源作為清潔能源被越來越多的人們重視起來，尤其是燃料電池汽車的出現(xiàn)，使氫能源的應用范圍增加，有著分布廣，小型化的特點，日后氫能源汽車將會在全世界的范圍得到發(fā)展，一些電力資源比較豐富的地區(qū)，電解水也得到了很好的發(fā)展，在煤氣制氫技術逐漸落后的現(xiàn)在，天然氣制氫技術已經(jīng)走向了舞臺，占到了主要的地位。

參考文獻

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