生產(chǎn)氫工藝方法優(yōu)缺點比較
來源:新能源網(wǎng)
時間:2024-08-17 14:08:28
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生產(chǎn)氫工藝方法優(yōu)缺點比較【專家解說】:l、氫的產(chǎn)生途徑
1.1電解水制氫.
水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的
逆過程,因此只
【專家解說】:l、氫的產(chǎn)生途徑
1.1電解水制氫.
水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的
逆過程,因此只要提供一定形式一定能量,則可使水分解。提供電能使水分解制得氫氣的效率一般在
75-85%,其工藝過程簡單,無污染,但消耗電量大,因此其應用受到一定的限制。利用電網(wǎng)峰谷差電解水制氫,作為一種貯能手段也具有特點。我國水力資源豐富,利用水電發(fā)電,電解水制氫有其發(fā)展前景。太陽能取之不盡,其中利用光電制氫的方法即稱為太陽能氫能系統(tǒng),國外已進行實驗性研究。隨著太陽電池轉換能量效率的提高,成本的降低及使用壽命的延長,其用于制氫的前景不可估量。同時,太陽能、風能及海洋能等也可通過電制得氫氣并用氫作為中間載能體來調節(jié),貯存轉化能量,使得對用戶的能量供應更為靈活方便。供電系統(tǒng)在低谷時富余電能也可用于電解水制氫,達到儲能的目的。我國各種規(guī)模的水電解制氫裝置數(shù)以百計,但均為小型電解制氫設備,其目的均為制提氫氣作料而非作為能源。隨著氫能應用的逐步擴大,水電解制氫方法必將得到發(fā)展。
1.2礦物燃料制氫
以煤、石油及天然氣為原料制取氫氣是當今制取氫氣是主要的方法。該方法在我國都具有成熟的工藝,并建有工業(yè)生產(chǎn)裝置。
(1)煤為原料制取氫氣
在我國能源結構中,在今后相當長一段時間內,煤炭還將是主要能源。如何提高煤的利用效率及
減少對環(huán)境的污染是需不斷研究的課題,將煤炭轉化為氫是其途徑之一。
以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種:一是煤的焦化(或稱高溫干餾),二是煤的氣化。焦化是指煤在隔絕空氣條件下,在90-1000℃制取焦碳副產(chǎn)品為焦爐煤氣。焦爐煤氣組成中含氫氣55-60%(體積)甲烷23-27%、一氧化碳6-8%等。每噸煤可得煤氣300-350m3,可作為城市煤氣,
亦是制取氫氣的原料。煤的氣化是指煤在高溫常壓或加壓下,與氣化劑反應轉化成氣體產(chǎn)物。氣化
劑為水蒸汽或氧所(空氣),氣體產(chǎn)物中含有氫有等組份,其含量隨不同氣化方法而異。我國有大批中小型合成氫廠,均以煤為原料,氣化后制得含氫煤氣作為合成氨的原料。這是一種具有我國特點的取得氫源方法。采用OGI固定床式氣化爐,可間歇操作生產(chǎn)制得水煤氣。該裝置投資小,操作容易,其氣體產(chǎn)物組成主要是氫及一氧化碳,其中氫氣可達60%以上,經(jīng)轉化后可制得純氫。采用煤氣化制氫方法,其設備費占投資主要部分。煤地下氣化方法近數(shù)十年已為人們所重視。地下氣化技術具有煤
資源利用率高及減少或避免地表環(huán)境破壞等優(yōu)點。中國礦業(yè)大學余力等開發(fā)并完善了"長通道、大斷
面、兩階段地下煤氣化"生產(chǎn)水煤氣的新工藝,煤氣中氫氣含量達50%以上,在唐山劉莊已進行工業(yè)性試運轉,可日產(chǎn)水煤氣5萬m3,如再經(jīng)轉化及變壓吸附法提純可制得廉價氫氣,該法在我國具有一定開發(fā)前景.我國對煤制氫技術的掌握已有良好的基礎,特別是大批中小型合成氨廠的制氫裝置遍布各地,為今后提供氫源創(chuàng)造了條件。我國自行開發(fā)的地下煤氣化制水煤氣獲得廉價氫氣的工藝已取得
階段成果,具有開發(fā)前景,值得重視。
(2)以天然氣或輕質油為原料制取氫氣
該法是在催化劑存在下與水蒸汽反應轉化制得氫氣。主要發(fā)生下述反應:
CH4+H2O→CO+H2
CO+H2O→COZ+HZ
CnH2h+2+Nh2O→nCO+(Zh+l)HZ
反應在800-820℃下進行。從上述反應可知,也有部分氫氣來自水蒸汽。用該法制得的氣體組
成中,氫氣含量可達74%(體積),其生產(chǎn)成本主要取決于原料價格,我國輕質油價格高,制氣成本貴,采用受到限制。大多數(shù)大型合成氨合成甲醇工廠均采用天然氣為原料,催化水蒸汽轉化制氫的工藝。我國在該領域進行了大量有成效的研究工作,并建有大批工業(yè)生產(chǎn)裝置。我國曾開發(fā)采用間歇式天然氣蒸汽轉化制氫工藝,制取小型合成氨廠的原料,這種方法不必用采高溫合金轉化爐,裝置投資成本低。以石油及天然氣為原料制氫的工藝已十分成熟,但因受原料的限制目前主要用于制取化工原
料。
(3)以重油為原料部分氧化法制取氫氣
重油原料包括有常壓、減壓渣油及石油深度加工后的燃料油,重油與水蒸汽及氧氣反應制得含氫
氣體產(chǎn)物。部分重油燃燒提供轉化吸熱反應所需熱量及一定的反應溫度。該法生產(chǎn)的氫氣產(chǎn)物成本
中,原料費約占三分之一,而重油價格較低,故為人們重視。我國建有大型重油部分氧化法制氫裝置,用于制取合成氫的原料。
1.3生物質制氫
生物質資源豐富,是重要的可再生能源。生物質可通過氣化和微生物制氫。
(1)生物質氣化制氫
將生物質原料如薪柴、麥秸、稻草等壓制成型,在氣化爐(或裂解爐)中進行氣化或裂解反應可制得含氫燃料。我國在生物質氣化技術領域的研究已取得一定成果,在國外,由于轉化技術的提高,生物質氣化已能大規(guī)模生產(chǎn)水煤氣,其氫氣含量大大提高。
(2)微生物制氫
微生物制氫技術亦受人們的關注。利用微生物在常溫常壓下進行酶催反應可制得氫氣。生物質
產(chǎn)氫主要有化能營養(yǎng)微生物產(chǎn)氫和光合微生物產(chǎn)氫兩種。屬于化能營養(yǎng)微生物的是各種發(fā)酵類型的
一些嚴格厭氧菌和兼性厭氧菌)發(fā)酵微生物放氫的原始基質是各種碳水化合物、蛋白質等。目前已有
利用碳水化合物發(fā)酵制氫的專利,并利用所產(chǎn)生的氫氣作為發(fā)電的能源。光合微生物如微型藻類和
光合作用細菌的產(chǎn)氫過程與光合作用相聯(lián)系,稱光合產(chǎn)氫。
1.4其它合氫物質制氫
國外曾研究從硫化氫中制取氫氣。我國有豐富的H25資源,如河北省趙蘭莊油氣田開采的天然氣中H多含量高達90%以上,其儲量達數(shù)千萬噸,是一種寶貴資源,從硫化氫中制氫有各種方法,我國在90年代開展了多方面的研究,各種研究結果將為今后充分合理利用寶貴資源,提供清潔能源及
化工原料奠定基礎。
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