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煤层气制氢破解能源资源困局流量

发布时间:2019-11-20 17:18:38 阅读: 来源:夜光粉厂家

煤层气制氢:破解能源资源困局

随着能源紧张及环境污染问题日益突出,攻克煤层气开发利用技术成为我国一项重大科研战略。记者近日从国家科技部高新司了解到,西南化工研究设计院承担的国家“十一五”科技支撑计划项目——煤层气自热转化制氢关键技术已取得突破。该项目实现工业化后,既可为氢用户提供廉价的氢源,又能解决煤层气排放所造成的环境污染和资源浪费问题。

煤层气可作优质制氢原料

煤层气是富含甲烷的气体,也是一种清洁燃料。为保证煤矿的安全生产,目前我国煤层气大量由井下抽采。由于抽采技术所限,煤层气浓度约为30%~60%,作民用燃料受限,发电效率较低,因此大都被排入大气。这不仅浪费了资源,还污染了环境。

西南院有关专家几年前经计算机模拟计算提出,煤层气中的甲烷是一种优良的制氢原料,可将煤层气转化为氢气产品,即利用煤层气中氧与甲烷的燃烧反应热,使甲烷与水蒸气发生转化反应,得到含氢、一氧化碳、二氧化碳和氮的混合气,然后通过变压吸附法一次除去所有杂质而得到纯氢。该技

术路线的关键是转化催化剂的研发。

针对不同甲烷浓度开发制氢工艺

在煤层气组成中,甲烷浓度与氧浓度之和为定数,即甲烷浓度愈低则氧浓度愈高,反之,甲烷浓度高则氧浓度就低。

专家介绍,当煤层气甲烷浓度低时,由于氧浓度相对较高,提供的燃烧热可使甲烷的转化率达到90%以上。反之,甲烷浓度高时,氧浓度低,提供的燃烧热较少,甲烷的转化率仅30%左右。此时需提供外热进一步进行甲烷蒸汽转化反应,使其甲烷转化率达95%以上。为了得到更多的氢气,还可以将一氧化碳(CO)变换成氢气。所以,对不同甲烷浓度的煤层气就要用不同的制氢工艺组合。

当煤层气中的甲烷浓度为 30%左右时,其工艺组合可以为:自热转化后,经变压吸附制得纯氢产品,或自热转化后,通过CO变换,再经变压吸附制得纯度为99%~99.9%的纯氢产品。

当煤层气中的甲烷浓度高于40%时,其工艺组合可以为:自热预转化后,经甲烷蒸汽转化,通过变压吸附制得纯氢产品;或自热预转化,经甲烷蒸汽转化,通过CO变换和变压吸附制得纯度为99%~99.9%的纯氢产品。

记者发现,煤层气制氢技术路线中,蒸汽转化和变换反应都是成熟工艺,最关键的是自热转化催化剂的研发。近年来,西南院组织精兵强将,通过多次工艺试验,确定了催化剂配方,并完成了中试,通过不同温度、压力试验,得到了催化剂的最佳工艺条件。经测试,催化剂的活性、稳定性、寿命等均达到要求。

资源利用环境治理一举两得

专家认为,从环境保护和发展氢能源来看,煤层气自热转化制氢都十分有利。井下抽采的煤层气价格远低于同热值的天然气价格,所以煤层气制氢成本与天然气制氢成本相比低35%。

此外,氢气是重要的工业气体,广泛应用于石油、化工、冶金、电子、食品、机械、轻工、能源等行业。此外,煤直接液化制油、氢燃料电池等也需大量应用氢气。

制氢的主要原料有天然气、煤、轻油以及各种含氢混合气,也可由水电解制得。专家分析,用含中等甲烷浓度的煤层气制氢既可为氢用户提供廉价的氢源,也能解决煤层气排放所造成的环境污染和资源浪费问题。

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