我国煤气化制氢技术的发展研究

蔡翰超

摘 要：通过对各种煤气化技术的比较得出：气流床煤气化技术是煤气化的发展方向、也是煤化工的方向，是最清洁的煤化工转化利用技术，具有清洁高效，原料利用率高、适应性广、消耗低、对资源节约、对环境友好等优点，在我国有非常广阔的发展前景。四种气流床气化技术在我国都有成功的工业化经验，未来一方面要加强气化设备的国产化，更重要的是在引进先进的气化技术的同时注重创新和吸收，开发具有我国自主创新的气化技术。

关键词：煤气;化制氢;技术

煤气化作为煤化工的新技术，是清洁煤技术的龙头，是发展煤基液体燃料合成，先进的IGCC 发电，多联产系统，制氢，燃料电池，直接还原炼铁等过程工业的基础;被公认为最清洁的煤转化利用技术。

1煤气化技术介绍

煤气化是一个热化学过程，以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气等作气化剂，在高温高压条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料（合成气）的过程。根据气化炉内煤粉与气化剂的接触方式不同，成熟的工业化煤气化技术有流化床气化技术，固定床气化技术，气流床气化技术。流化床气化技术采用0—10mm的小颗粒煤作为气化原料，气化剂同时作为流化介质，通过气化炉内的气体分布板自下而上经过床层，通过控制气化剂的流速，使床层内的颗粒煤全部处于流化状态，煤料在剧烈的搅动和返混中，煤粒和气化剂充分接触，进行化学反应和热量传递，利用碳燃烧放出的热量，提供给煤粒进行干燥，干馏和气化。其代表的工业化技术有美国的U—Gas气化炉，德国的恩德炉，国内的灰熔聚气化炉。流化床气化技术由于单炉生产能力低，产品品质不高，环境污染严重等问题工业应用不多。固定床气化技术与流化床气化技术相似，只是在气化炉内煤料的下降速度相对于气化剂的上升速度而言很慢，未达到流化程度，故称为固定床气化。其代表的工业化技术有常压固定床技术，Lurge（鲁奇），BGL气化技术。固定床气化技术和流化床气化技术一样，单炉生产能力低，产品品质不高，环境污染严重，工业应用程度不高。气流床气化技术是将气化剂（一般为氧气和水蒸气）和煤粉或煤浆以射流的形式喷入气化炉内，在高温高压下将煤料快速转化为有效气（合成气）的一种先进气化技术。其代表的工业化技术主要有美国GE的德士古气化技术，荷兰Shell的粉煤加压气化技术，德国未来能源的GSP气化技术，华东理工大学的多喷嘴对置水煤浆气化技术。气流床气化技术相比于流化床气化技术和固定床气化技术，具有很明显的优势，主要体现在清洁高效，原料利用率高、适应性广、消耗低、对资源节约、对环境友好等方面，代表煤气化技术的发展方向。

2制氢技术现状

2.1水电解制氢

电解水制氢技术已经是一种比较成熟的制氢方式，但是电解水制氢技术成本比较高，因此我国目前采用电解水制氢得到的氢能源占总含量的很少一部分。电解水制氢有着氢纯度比较高、操作简单等优势，目前已经有着近百年的发展历史。在电解水制氢过程中，电解池是其中重要的装置，电解制氢生产过程都是在其中完成的，比如电解质和电极的改进和创新。在电解制氢过程中，主要将电解电压、电流密度等化学参数进行收集。电解水制氢技术生产过程中，原材料费用占到总成本的80%左右，设备和工具等奋勇占到总成本15%左右，操作与管理费用占到总成本的5%左右。因此可以得知，电解水制氢技术中占到大部分的还是原材料费用，因此得不到普遍的应用，市场竞争力比较低，但是如果在水力资源比较丰富的地区，也可以采用电解水制氢技术，在生产出廉价的氢气的同时还能实现资源的可再生，有效地起到了保护环境的作用，促进了经济的发展。

2.2矿物燃料制氢过程

（1）天然气蒸汽转化制氢过程

天然气制氢技术是长期以来最为经济的一种制氢方式。天然气从地下开采到地面过程中会含有很多的组成部分，其中最为主要的是甲烷，然后还有水、硫化物、碳氢化合物、氮气、碳氧化合物等。所以在天然气制氢生产之前，首先要将其中的杂质进行清理，才能进入管网，其中甲烷占75%—85%，其他部分为二氧化碳和烃等物质。

（2）重油部分氧化制氢过程

重油是在炼油过程中产生的一种残余物质，具有的市场价值不是很高。但是却可以实现制氢，成本比较低。但是随着目前重要的用途被逐渐的放宽，油价又在持续的走高，造成重油的成本也逐渐的升高，成本优势已经不是很明显。

（3）煤气化制氢过程

我国的煤炭资源储备比较丰富，用煤气制氢也是其中比较常用的一种方法。我国石油行业在最近的集中逐渐的兴起，尤其是在天然气制氢技术出现之后，煤气化制氢技术就逐渐的退出了历史的舞台，但是目前石油气天然气资源开采的量逐渐增加，资源面临着枯竭的危险，因此煤炭制氢技术还具有实现的意义。

3制氢技术发展前景

3.1氢气市场变化

我国对于氢能源的需求量主要表现在两个方面，一个是氢气需求量的不断增加，一个是制氢产业的规模正在向着多元化的方向发展。我国最近对于环境保护方面越来越重视，尤其是汽车尾气的排放标准逐渐的升高，在石油炼制方面氢气的用量正在呈现一种上升的趋势，氢气是一种新型的清洁能源，是矿物能源的一种有效补充。目前低温燃料电池在市场中已经逐渐的引起人们的关注，有着能源转换效率较高的优势。对于汽车行业来说，氢能源也是一种全新的挑战。

3.2制氢技术变化

想要将制氢效率提高、制氢成本降低，就要将制氢技术进行不断的完善和创新。目前来看，氫能源的利用效果还比较符合人们的心愿，对于相关矿物制氢技术也在不断的开发和研究当中，只是因为制氢原料的不同表现出不同的差异。通过不同制氢技术之间的比较，甲烷制氢技术所用的设备费用最少，被人们目前普遍的使用。

结语

目前全世界对于制氢技术的要求都比较严格，为了有效地保护环境不被破坏，氢能源作为清洁能源被越来越多的人们重视起来，尤其是燃料电池汽车的出现，使氢能源的应用范围增加，有着分布广，小型化的特点，日后氢能源汽车将会在全世界的范围得到发展，一些电力资源比较丰富的地区，电解水也得到了很好的发展，在煤气制氢技术逐渐落后的现在，天然气制氢技术已经走向了舞台，占到了主要的地位。

参考文献

[1] 王朔，张军。基于专利分析的国内制氢技术发展态势研究[J].世界科技研究与发展，2018，40（1）：50-60.

[2] 刘功年。多种煤气化技术的应用与评述[J]。革新与综述，2007（5）：25——29.