第二章_化石燃料制氢[1]VIP免费

第第22章化石燃料制氢章化石燃料制氢王智化王智化浙江大学浙江大学热能工程研究所热能工程研究所能源清洁利用国家重点实验室能源清洁利用国家重点实验室氢气大规模制取的原理及方法氢气大规模制取的原理及方法22WhyneednewEnergy?PollutionsGreenhouseEarthEnergyconsumptionintheworldEnergyconsumptioninChinaNowadays,energysupplyofthewholeworldwasmainlybasedonthecombustionoffossilfuels,suchascoal,oilandnaturalgas.Lotsofproblemwillarisefromthecombusiton,PM2.5,Aerosol,SO2,NOx,Hg,CO2......33Hydrogen:fuelofthefuture?HydrogenisakindofexcellentEnergyCarrier;ThemostdistinguishedutilizationofH2isFuelCellforitshighefficiencyandnopollutiongenerated;It’sattractivefortransportation.3KgofH2canrun500km.GenerationStorageUtilizationDistributionSustainableH2Economy44不同制氢方法及原料FossilfuelsBiomassWater•Steamreforming•Partialoxidization•Thermalcracking•Coalgasification•Waterelectrolysis•Thermolysis•Thermalchemicalcycles•Photolysis•H2Spyrolysis•BacteriafermentationSourceMethodH2Others55化石燃料制氢目前全球H2产量在5千万吨/年左右，且年增长率6%～7%。全球商业用H2大约96%由煤、石油和天然气等化石燃料制取。我国生成的H2有80%以上用于合成氨工业，而合成氨以煤为主，无烟煤、焦炭占62～65%，轻油和重油占12～16%，天然气占18～23%。虽然制氢消耗有限的化石燃料储量，但在先进、成熟的制氢方法出现之前，在未来几十年仍然扮演重要角色。世界产氢原料对比662.1天然气制氢煤的碳氢比远高于石油和天然气，而煤的碳氢比远高于石油和天然气，而挥发分的挥发分的碳氢比与石油和天然气接近，碳氢比与石油和天然气接近，故煤部分气化得故煤部分气化得挥发份较易转化为油气产品。挥发份较易转化为油气产品。石油炼化石油炼化及及合成氨化肥合成氨化肥行业是最大的行业是最大的HH22用户。用户。先进的制氢技术多是由大型石油企业推动，先进的制氢技术多是由大型石油企业推动，如如SHELLSHELL，，TEXCOTEXCO，，LUGILUGI等。等。天然气含天然气含HH22最高，可以作为最高，可以作为HH源之一。源之一。神华煤制油项目天然气制氢烟煤烟煤平均平均18/118/1（挥发分（挥发分5.5/15.5/1））褐煤褐煤平均平均13/113/1（挥发分（挥发分2.6/12.6/1））石油石油7/17/1天然气天然气3/13/1主要化石燃料的碳主要化石燃料的碳//氢比氢比主要化石燃料的碳主要化石燃料的碳//氢比氢比772.1.1天然气水蒸汽重整制氢起步于20世纪20年代，20世纪70年代，英国帝国化工公司，开发了弱碱催化剂用于天然气水蒸汽重整制氢，大规模应用并沿用至今。422CH+HOCO+3H-206kJ转化反应：222CO+HOCO+H+41kJ变换反应：4222CH+2HOCO+4H-165kJ总反应式：两个反应在一段反应炉内完成，反应温度650～850℃，反应管出口温度820℃。若原料按下式进行配比，可获得CO:H2=1:2的合成气：4222CH+CO+2HO4CO+8H-659kJ总反应式：3可见该反应是强吸热反应，需要吸收大量的热量，因此该过程能耗较高。燃料成本占生产成本的52~68%，另外反应速度慢，需要昂贵的耐热不锈钢。Reformer的内部结构88TheSteamReformerProcessFLOWCHARTOFASTEAMREFORMER:1FeedPre-Treatment2Reforming&SteamGeneration3HighTemperatureConversion4HeatExchangerUnit5PurificationUnit*optional,dependingonreformerdesignaeitherheatexchangerforlowpressurereformerorcompressionto1barforhighpressurereformerFlowChartofaSteamReformerdesulphurisedusinge.g.activatedcarbonfilters900℃inthepresenceofanickelcatalystHydrogenpurificationisachievedbymeansofpressureswingadsorption(PSA)99天然气重整及其努力方向天然气重整技术为成熟商业技术。主要问题：关键在于H2从CO等混合气中的分离，目前的pressureswingabsorption成本昂贵；CO2回收成本高采用的对策：利用膜分离技术，分离出氧气，用氧气燃烧部分天然气提供热量，用膜分离出H2。C...