我國煤氣化制氫技術(shù)的發(fā)展研究

摘 要：隨著社會的不斷前行，能源正在朝著更加清潔的趨勢發(fā)展。氫能，作為一種高效的二次能源，獲取途徑較為廣泛，能量轉(zhuǎn)換完成后產(chǎn)物為水，能夠真正達成零污染排放。未來能源可持續(xù)發(fā)展的研究將會進一步深入，氫能也將會發(fā)揮更加重要的作用。當前，我們亟需尋找全新的能源或者更加有效的煤炭利用手段，替代原有模式中對于化石能源的直接使用，更好地保護環(huán)境。本文對煤氣化制氫技術(shù)進行分析，針對其中的不足之處進行討論，提出相應(yīng)的解決方案，期望氫能在我國能源領(lǐng)域中的進一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：氫;煤炭氣化;煤化工

氫能屬于一種清潔型二次能源，能量轉(zhuǎn)化完成后不會對外排放引起溫室效應(yīng)的氣體，遵循地球中原有的物質(zhì)循環(huán)，可以說是二十一世紀首要的清潔能源。因此，世界上諸多國家都將注意力聚焦在氫能的發(fā)展之上。制氫工藝的發(fā)展由氫能系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，即氫能的經(jīng)濟效應(yīng)、是否可以規(guī)模化生產(chǎn)取決于原始資源的充足程度。對比傳統(tǒng)一次能源來看，我國煤炭資源儲備較為充足。所以，當太陽能、風能等一些清潔能源和可再生能源尚未實現(xiàn)規(guī)模化的生產(chǎn)前，煤氣化制氫工藝將有著良好的應(yīng)用潛力。

1 煤氣化制氫簡介

從煤氣化制氫工藝來看，主要存在以下兩種方式：其一是通過部分煤的燃燒釋放熱量，推動系統(tǒng)完成的氣化過程。當前大部分的氣化模式均是此類方式，該氣化方式優(yōu)勢明顯，但也有諸多不足。①該方式反應(yīng)前需要將部分煤燃燒，約占總質(zhì)量的四分之一，限制了轉(zhuǎn)化率的提高;②需為系統(tǒng)提供大量的氧氣，導致工藝流程更加繁瑣，并且會排放較多的二氧化碳，提高氣體處理難度。其二是通過外部提供煤氣化過程需要的熱量。該方式無需為系統(tǒng)提供氧氣，僅通過水蒸氣和煤即可完成，產(chǎn)出物質(zhì)為一氧化碳和氧氣，一氧化碳還能夠經(jīng)由水煤氣變換生成氫氣和二氧化碳。這一方式的優(yōu)點在于無需將部分煤燃燒，可以有效提升轉(zhuǎn)換效率，同時全過程無需氧氣，簡化工藝流程，最終排出的二氧化碳總量也顯著降低。但是該方式中核心技術(shù)尚未完善，即如何更好地將熱量傳遞到反應(yīng)系統(tǒng)之中，確保反應(yīng)順利完成。

2 煤氣化制氫技術(shù)

煤氣化制氫工藝本質(zhì)上是通過煤的氣化過程獲取一氧化碳和氫氣，經(jīng)由一系列的提純分離過程后，獲得期望濃度的氫氣。

2.1 煤氣化制氫工藝路線

煤的氣化過程，就是煤炭和氣化劑處在特定的外部條件下完成一系列化學變化形成煤氣的過程。煤氣化工藝較為多樣，按照煤炭是否需要采集的標準，將其劃分成地面氣化工藝以及地下氣化工藝。一是地面氣化工藝，又可以進一步細分：①參照煤炭原料和氣化劑在爐體內(nèi)部流動時接觸方式的差異能夠分為移動床方式、流化床方式、氣流床方式以及溶浴床方式;②按照煤炭原料添加到爐體時，顆粒程度的差異進行劃分，分別為塊煤氣化、碎煤氣化以及煤粉氣化;③通過氣化階段借助氣化劑種類的差異進行分類;④按照煤氣化后形成廢渣排出爐體時的形態(tài)結(jié)構(gòu)差異進行劃分，主要有固態(tài)排渣方式、液態(tài)排渣方式以及灰團聚方式。縱觀煤氣化工藝的發(fā)展來說，國內(nèi)已經(jīng)走過了數(shù)十年的歷程。但是當前采用較多的氣化模式仍然是固定床氣化方式，技術(shù)相對落后，效率難以提升。二是地下氣化工藝，這是對地下煤層就地氣化生產(chǎn)煤氣的一種方法。將地下煤炭直接進行有控制的燃燒，從根本上消除煤炭開采地下作業(yè)、運輸?shù)裙ぷ鳎捎诘叵旅簩拥臉?gòu)成復雜，至今尚未有成熟工藝形成。

隨著天然氣和石油化工領(lǐng)域的不斷更新，煤氣化工藝在一些發(fā)達國家中曾出現(xiàn)一段停滯時期，但由于煤炭清潔工藝的突破帶動起的全新潮流，發(fā)達國家再次展開煤氣化工藝的開發(fā)。特別是工業(yè)程度較高的國家中，投入較多的資金和人力進行煤氣化技術(shù)的研究，開發(fā)出一批全新的煤氣化工藝，進一步提升了裝置的產(chǎn)出性能、確保煤炭原料更好的適用在不同條件之中，推動轉(zhuǎn)化效率的提高并降低環(huán)境污染，部分氣化方式已經(jīng)逐步完成了商業(yè)化轉(zhuǎn)型。

2.2 我國煤氣化制氫的發(fā)展建議

①針對我國當前采用的固定床氣化方式可以通過富氧空氣連續(xù)氣化的工藝進行改進，并且搭建出完善的輔助保護系統(tǒng)，進一步提高轉(zhuǎn)化效率，降低污染物質(zhì)的產(chǎn)出，優(yōu)化經(jīng)濟效益;②深入推進煤粉流化床氣化工藝的開發(fā)并將其應(yīng)用于實際之中，逐步替換傳統(tǒng)的工藝技術(shù)，將碎煤作為生產(chǎn)原料，從而更好的優(yōu)化煤粉利用程度;③將發(fā)達國家中較為先進的煤氣化工藝進行引入，自主研制某些核心技術(shù)，從而實現(xiàn)國產(chǎn)化目標。閉門造車是難以完成新技術(shù)的研發(fā)的，應(yīng)當通過外部引進加以自主研發(fā)，進行技術(shù)創(chuàng)新，確保技術(shù)更好地服務(wù)于社會。

3 結(jié)語

氫氣將成為21世紀的一種非常重要的清潔能源，中國需要大力發(fā)展清潔的氫能系統(tǒng)。綜合考慮原料資源、技術(shù)水平以及經(jīng)濟實力等因素，中國在選擇經(jīng)濟、高產(chǎn)制氫工藝路線時，應(yīng)將煤氣化制氫技術(shù)作為優(yōu)選方案。中國需要在對現(xiàn)有工藝進行必要的技術(shù)改造的同時，積極發(fā)展更加先進的煤氣化制氫技術(shù)。大型先進煤氣化技術(shù)的發(fā)展需要通過廣泛的國際合作，引進國外的關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備及材料，更需要借助國外的經(jīng)驗、力量及資金，力爭取得事半功倍的效果。

參考文獻：

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作者簡介：

吳妙華（1994- ），男，漢族，江蘇南通人，本科學歷，當前職稱：助工。