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生產氫工藝方法優缺點比較

l、氫的產生途徑

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壹。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的

逆過程,因此只要提供壹定形式壹定能量,則可使水分解。提供電能使水分解制得氫氣的效率壹般在

75-85%,其工藝過程簡單,無汙染,但消耗電量大,因此其應用受到壹定的限制。利用電網峰谷差電解水制氫,作為壹種貯能手段也具有特點。我國水力資源豐富,利用水電發電,電解水制氫有其發展前景。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,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,其用於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並用氫作為中間載能體來調節,貯存轉化能量,使得對用戶的能量供應更為靈活方便。供電系統在低谷時富余電能也可用於電解水制氫,達到儲能的目的。我國各種規模的水電解制氫裝置數以百計,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,並建有工業生產裝置。

(1)煤為原料制取氫氣

在我國能源結構中,在今後相當長壹段時間內,煤炭還將是主要能源。如何提高煤的利用效率及

減少對環境的汙染是需不斷研究的課題,將煤炭轉化為氫是其途徑之壹。

以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種:壹是煤的焦化(或稱高溫幹餾),二是煤的氣化。焦化是指煤在隔絕空氣條件下,在90-1000℃制取焦碳副產品為焦爐煤氣。焦爐煤氣組成中含氫氣55-60%(體積)甲烷23-27%、壹氧化碳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物。氣化

劑為水蒸汽或氧所(空氣),氣體產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,氣化後制得含氫煤氣作為合成氨的原料。這是壹種具有我國特點的取得氫源方法。采用OGI固定床式氣化爐,可間歇操作生產制得水煤氣。該裝置投資小,操作容易,其氣體產物組成主要是氫及壹氧化碳,其中氫氣可達60%以上,經轉化後可制得純氫。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境破壞等優點。中國礦業大學余力等開發並完善了"長通道、大斷

面、兩階段地下煤氣化"生產水煤氣的新工藝,煤氣中氫氣含量達50%以上,在唐山劉莊已進行工業性試運轉,可日產水煤氣5萬m3,如再經轉化及變壓吸附法提純可制得廉價氫氣,該法在我國具有壹定開發前景.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,為今後提供氫源創造了條件。我國自行開發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),其生產成本主要取決於原料價格,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,並建有大批工業生產裝置。我國曾開發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於制取化工原

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後的燃料油,重油與水蒸汽及氧氣反應制得含氫

氣體產物。部分重油燃燒提供轉化吸熱反應所需熱量及壹定的反應溫度。該法生產的氫氣產物成本

中,原料費約占三分之壹,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,用於制取合成氫的原料。

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、麥稭、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壹定成果,在國外,由於轉化技術的提高,生物質氣化已能大規模生產水煤氣,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註。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

產氫主要有化能營養微生物產氫和光合微生物產氫兩種。屬於化能營養微生物的是各種發酵類型的

壹些嚴格厭氧菌和兼性厭氧菌)發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

利用碳水化合物發酵制氫的專利,並利用所產生的氫氣作為發電的能源。光合微生物如微型藻類和

光合作用細菌的產氫過程與光合作用相聯系,稱光合產氫。

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,其儲量達數千萬噸,是壹種寶貴資源,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後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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