生產(chǎn)氫工藝方法優(yōu)缺點(diǎn)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(yīng)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(jiǎn)單，無污染，但消耗電量大，因此其應(yīng)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(diǎn)。我國(guó)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(guó)外已進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性研究。隨著太陽電池轉(zhuǎn)換能量效率的提高，成本的降低及使用壽命的延長(zhǎng)，其用于制氫的前景不可估量。同時(shí)，太陽能、風(fēng)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(diào)節(jié)，貯存轉(zhuǎn)化能量，使得對(duì)用戶的能量供應(yīng)更為靈活方便。供電系統(tǒng)在低谷時(shí)富余電能也可用于電解水制氫，達(dá)到儲(chǔ)能的目的。我國(guó)各種規(guī)模的水電解制氫裝置數(shù)以百計(jì)，但均為小型電解制氫設(shè)備，其目的均為制提氫氣作料而非作為能源。隨著氫能應(yīng)用的逐步擴(kuò)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(dāng)今制取氫氣是主要的方法。該方法在我國(guó)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(guó)能源結(jié)構(gòu)中，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，煤炭還將是主要能源。如何提高煤的利用效率及 減少對(duì)環(huán)境的污染是需不斷研究的課題，將煤炭轉(zhuǎn)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?fàn)t煤氣。焦?fàn)t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(yīng)轉(zhuǎn)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(guó)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(guó)特點(diǎn)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(dá)60％以上，經(jīng)轉(zhuǎn)化后可制得純氫。采用煤氣化制氫方法，其設(shè)備費(fèi)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(shù)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(diǎn)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)余力等開發(fā)并完善了"長(zhǎng)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(dá)50％以上，在唐山劉莊已進(jìn)行工業(yè)性試運(yùn)轉(zhuǎn)，可日產(chǎn)水煤氣5萬m3，如再經(jīng)轉(zhuǎn)化及變壓吸附法提純可制得廉價(jià)氫氣，該法在我國(guó)具有一定開發(fā)前景．我國(guó)對(duì)煤制氫技術(shù)的掌握已有良好的基礎(chǔ)，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(guó)自行開發(fā)的地下煤氣化制水煤氣獲得廉價(jià)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(zhì)油為原料制取氫氣 該法是在催化劑存在下與水蒸汽反應(yīng)轉(zhuǎn)化制得氫氣。主要發(fā)生下述反應(yīng)： CH4＋H2O→CO＋H2 CO＋H2O→COZ＋HZ CnH2h＋2＋Nh2O→nCO＋（Zh＋l）HZ 反應(yīng)在800-820℃下進(jìn)行。從上述反應(yīng)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(dá)74％（體積），其生產(chǎn)成本主要取決于原料價(jià)格，我國(guó)輕質(zhì)油價(jià)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(zhuǎn)化制氫的工藝。我國(guó)在該領(lǐng)域進(jìn)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(guó)曾開發(fā)采用間歇式天然氣蒸汽轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)制得含氫 氣體產(chǎn)物。部分重油燃燒提供轉(zhuǎn)化吸熱反應(yīng)所需熱量及一定的反應(yīng)溫度。該法生產(chǎn)的氫氣產(chǎn)物成本 中，原料費(fèi)約占三分之一，而重油價(jià)格較低，故為人們重視。我國(guó)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(zhì)制氫 生物質(zhì)資源豐富，是重要的可再生能源。生物質(zhì)可通過氣化和微生物制氫。 （1）生物質(zhì)氣化制氫 將生物質(zhì)原料如薪柴、麥秸、稻草等壓制成型，在氣化爐（或裂解爐）中進(jìn)行氣化或裂解反應(yīng)可制得含氫燃料。我國(guó)在生物質(zhì)氣化技術(shù)領(lǐng)域的研究已取得一定成果，在國(guó)外，由于轉(zhuǎn)化技術(shù)的提高，生物質(zhì)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(shù)亦受人們的關(guān)注。利用微生物在常溫常壓下進(jìn)行酶催反應(yīng)可制得氫氣。生物質(zhì) 產(chǎn)氫主要有化能營(yíng)養(yǎng)微生物產(chǎn)氫和光合微生物產(chǎn)氫兩種。屬于化能營(yíng)養(yǎng)微生物的是各種發(fā)酵類型的 一些嚴(yán)格厭氧菌和兼性厭氧菌）發(fā)酵微生物放氫的原始基質(zhì)是各種碳水化合物、蛋白質(zhì)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(xì)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(zhì)制氫 國(guó)外曾研究從硫化氫中制取氫氣。我國(guó)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(dá)90％以上，其儲(chǔ)量達(dá)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(guó)在90年代開展了多方面的研究，各種研究結(jié)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(chǔ)。