我國(guó)煤氣化制氫技術(shù)的發(fā)展研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

我國(guó)煤氣化制氫技術(shù)的發(fā)展研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：通過對(duì)各種煤氣化技術(shù)的比較得出：氣流床煤氣化技術(shù)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(zhuǎn)化利用技術(shù)，具有清潔高效，原料利用率高、適應(yīng)性廣、消耗低、對(duì)資源節(jié)約、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)有非常廣闊的發(fā)展前景。四種氣流床氣化技術(shù)在我國(guó)都有成功的工業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，未來一方面要加強(qiáng)氣化設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，更重要的是在引進(jìn)先進(jìn)的氣化技術(shù)的同時(shí)注重創(chuàng)新和吸收，開發(fā)具有我國(guó)自主創(chuàng)新的氣化技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煤氣;化制氫;技術(shù)

煤氣化作為煤化工的新技術(shù)，是清潔煤技術(shù)的龍頭，是發(fā)展煤基液體燃料合成，先進(jìn)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(chǔ);被公認(rèn)為最清潔的煤轉(zhuǎn)化利用技術(shù)。

1煤氣化技術(shù)介紹

煤氣化是一個(gè)熱化學(xué)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(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)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(shù)有流化床氣化技術(shù)，固定床氣化技術(shù)，氣流床氣化技術(shù)。流化床氣化技術(shù)采用0—10mm的小顆粒煤作為氣化原料，氣化劑同時(shí)作為流化介質(zhì)，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(dòng)和返混中，煤粒和氣化劑充分接觸，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和熱量傳遞，利用碳燃燒放出的熱量，提供給煤粒進(jìn)行干燥，干餾和氣化。其代表的工業(yè)化技術(shù)有美國(guó)的U—Gas氣化爐，德國(guó)的恩德爐，國(guó)內(nèi)的灰熔聚氣化爐。流化床氣化技術(shù)由于單爐生產(chǎn)能力低，產(chǎn)品品質(zhì)不高，環(huán)境污染嚴(yán)重等問題工業(yè)應(yīng)用不多。固定床氣化技術(shù)與流化床氣化技術(shù)相似，只是在氣化爐內(nèi)煤料的下降速度相對(duì)于氣化劑的上升速度而言很慢，未達(dá)到流化程度，故稱為固定床氣化。其代表的工業(yè)化技術(shù)有常壓固定床技術(shù)，Lurge（魯奇），BGL氣化技術(shù)。固定床氣化技術(shù)和流化床氣化技術(shù)一樣，單爐生產(chǎn)能力低，產(chǎn)品品質(zhì)不高，環(huán)境污染嚴(yán)重，工業(yè)應(yīng)用程度不高。氣流床氣化技術(shù)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(zhuǎn)化為有效氣（合成氣）的一種先進(jìn)氣化技術(shù)。其代表的工業(yè)化技術(shù)主要有美國(guó)GE的德士古氣化技術(shù)，荷蘭Shell的粉煤加壓氣化技術(shù)，德國(guó)未來能源的GSP氣化技術(shù)，華東理工大學(xué)的多噴嘴對(duì)置水煤漿氣化技術(shù)。氣流床氣化技術(shù)相比于流化床氣化技術(shù)和固定床氣化技術(shù)，具有很明顯的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在清潔高效，原料利用率高、適應(yīng)性廣、消耗低、對(duì)資源節(jié)約、對(duì)環(huán)境友好等方面，代表煤氣化技術(shù)的發(fā)展方向。

2制氫技術(shù)現(xiàn)狀

2.1水電解制氫

電解水制氫技術(shù)已經(jīng)是一種比較成熟的制氫方式，但是電解水制氫技術(shù)成本比較高，因此我國(guó)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(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，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(zhì)和電極的改進(jìn)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(xué)參數(shù)進(jìn)行收集。電解水制氫技術(shù)生產(chǎn)過程中，原材料費(fèi)用占到總成本的80%左右，設(shè)備和工具等奮勇占到總成本15%左右，操作與管理費(fèi)用占到總成本的5%左右。因此可以得知，電解水制氫技術(shù)中占到大部分的還是原材料費(fèi)用，因此得不到普遍的應(yīng)用，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(shù)，在生產(chǎn)出廉價(jià)的氫氣的同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)資源的可再生，有效地起到了保護(hù)環(huán)境的作用，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2.2礦物燃料制氫過程

（1）天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫過程

天然氣制氫技術(shù)是長(zhǎng)期以來最為經(jīng)濟(jì)的一種制氫方式。天然氣從地下開采到地面過程中會(huì)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?xì)浠衔?、氮?dú)?、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(zhì)進(jìn)行清理，才能進(jìn)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(zhì)。

（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(zhì)，具有的市場(chǎng)價(jià)值不是很高。但是卻可以實(shí)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(jià)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(shì)已經(jīng)不是很明顯。

（3）煤氣化制氫過程

我國(guó)的煤炭資源儲(chǔ)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(guó)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(shù)出現(xiàn)之后，煤氣化制氫技術(shù)就逐漸的退出了歷史的舞臺(tái)，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(xiǎn)，因此煤炭制氫技術(shù)還具有實(shí)現(xiàn)的意義。

3制氫技術(shù)發(fā)展前景

3.1氫氣市場(chǎng)變化

我國(guó)對(duì)于氫能源的需求量主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是氫氣需求量的不斷增加，一個(gè)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(guó)最近對(duì)于環(huán)境保護(hù)方面越來越重視，尤其是汽車尾氣的排放標(biāo)準(zhǔn)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(shì)，氫氣是一種新型的清潔能源，是礦物能源的一種有效補(bǔ)充。目前低溫燃料電池在市場(chǎng)中已經(jīng)逐漸的引起人們的關(guān)注，有著能源轉(zhuǎn)換效率較高的優(yōu)勢(shì)。對(duì)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(shù)變化

想要將制氫效率提高、制氫成本降低，就要將制氫技術(shù)進(jìn)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(duì)于相關(guān)礦物制氫技術(shù)也在不斷的開發(fā)和研究當(dāng)中，只是因?yàn)橹茪湓系牟煌憩F(xiàn)出不同的差異。通過不同制氫技術(shù)之間的比較，甲烷制氫技術(shù)所用的設(shè)備費(fèi)用最少，被人們目前普遍的使用。

結(jié)語

目前全世界對(duì)于制氫技術(shù)的要求都比較嚴(yán)格，為了有效地保護(hù)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