碳中和背景下工业副产气制氢技术研究与应用

我国工业副产气排放量大,在对环境造成污染的同时,副产气中H₂、CO等有效成分随排放而浪费。氢气既是重要的化工原料,也是无碳、高效的能源,用工业副产气制备或分离提纯氢气既减少资源浪费,又可减少CO₂排放。本文介绍了我国含氢工业副产气排放情况,详述了焦炉煤气制氢、炼厂副产气制氢、氯碱尾气制氢等三种典型工业副产气制氢工艺,对煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢及三种典型工业副产气制氢工艺的成本和CO₂排放进行了计算和整理分析。文章指出,考虑二氧化碳排放和碳交易成本等因素,与煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢和电解水制氢相比,现阶段下工业副产气制氢的综合成本优势更加明显。在碳中和背景下,工业副产气制氢是获取低碳氢气的有效和经济的途径,研究和开发工业副产气制氢技术,将为碳减排提供一条高效路径。     

我国新能源风光发电制氢成本动态测算

新能源发电制氢技术不断成熟，制氢成本直接影响氢能产业商业化推广与应用。针对电解水制氢技术方案投入与运营成本变化，基于新能源产业风光发电成本视角构建了碱性(ALK)电解槽+风电、质子交换膜(PEM)电解槽+风电、碱性(ALK)电解槽+光伏发电、质子交换膜(PEM)电解槽+光伏发电4种电解水制氢组合方案的成本动态测算模型，并通过敏感性分析研究了相关因素对制氢成本的影响。结果表明：4组方案制氢成本在研究期内(2017—2020年)分别降低了13.95%、29.22%、19.55%和31.03%,2020年制氢成本分别为17.90、28.27、21.54和32.23元/kg,而能耗和发电成本是降低4种方案制氢成本最具潜力的影响因素。同时，对比分析了其他电源及传统化石能源制氢等不同制氢技术工艺的经济性，不同制氢情景下，制氢成本由低到高分别为煤制氢、工业副产氢、天然气制氢、煤制氢+碳捕获收集(CCS)、ALK风电制氢、甲醇制氢、ALK光伏制氢、ALK谷电制氢、PEM光伏制氢和PEM谷电制氢。     

燃料电池用氢气的制备工艺探讨

氢燃料电池对氢气的纯度要求极高。目前工业制氢的主要方式有化石原料制氢、工业副产气制氢和电解水制氢等,本文对这些制氢工艺的原理、产品纯度及产生的杂质进行讨论,以期找出切实可行的制氢技术,为氢燃料电池提供充足的燃料来源。     

典型制氢工艺生命周期碳排放对比研究

氢能大规模发展需要解决“以何种方式制取氢气”的问题，在实现“双碳”目标的背景下，需要全面考察氢能产业链的碳排放情况。在相同的研究尺度下，建立统一的核算边界，采用统一的参数数据，定量测算典型制氢工艺的生命周期碳排放情况。结果显示，全生命周期视角下的CO₂排放量从大到小依次为甲醇制氢(煤炭为原料)、以火电为主的电解水制氢、煤制氢、甲醇制氢(天然气为原料)、天然气制氢、光伏发电电解水制氢、风电电解水制氢。煤制氢、天然气制氢的碳排放主要在氢气生产过程，甲醇制氢的碳排放主要在甲醇生产过程，电解水制氢过程虽清洁，但电力隐含的碳排放不容忽视。     

加氢站供氢模式的选择及制氢技术的 研究现状分析

通过对集中式供氢和分布式供氢两种供氢模式的技术进展和成本的分析,说明分布式供氢模式是加氢站氢气来源的首选。对天然气制氢、甲醇制氢和电解水制氢的成本和原料供应情况进行了对比,阐述了甲醇制氢的优势。总结了近年甲醇制氢技术的发展趋势,包括传统甲醇制氢技术以及甲醇制氢的一些新技术,通过相关阐述,为加氢站供氢模式的选择和氢能产业的发展提供参考。     

甲醇水蒸气重整制氢研究进展

氢气需求的持续增长,带动制氢技术的不断进步。煤制氢技术投资较高,天然气制氢原料来源受到限制,电解水制氢成本较高。甲醇制氢投资适中,适合各种规模的制氢装置,铜基催化剂反应温度低,低温活性和氢气选择性好,价格低廉,因而甲醇制氢技术得到广泛应用。催化剂载体和助剂的改进研究,对工业催化剂的改进具有重要的指导意义。综述甲醇水蒸气重整制氢工艺、反应机理和催化剂,介绍了催化剂载体和助剂等方面的研究进展情况。     

双氧水生产用氢气来源路线及预处理方法概述

对双氧水工业生产用氢气的质量要求作了说明,对国内双氧水装置常见的氢气来源进行了概述,主要有氯碱工业和氯酸盐工业电解副产氢气,化肥工业弛放气,甲醇裂解制氢,煤、天然气和石油制氢等;并对膜提纯、变压吸附提纯、脱氯脱氧工艺提纯等几种典型的氢气预处理提纯方法的原理、特点和应用条件作了简要介绍。     

乙烯装置裂解乙烷原料氢气回收的可行性研究

通过不同原料乙烯装置的收率特点比较,直观展现乙烷裂解的特殊性。基于1 000 kt/a乙烯装置裂解乙烷原料,假定天然气、乙烷、电等方面的价格,获得乙烷裂解制乙烯装置回收氢气的成本。若以天然气作为氢气热量替代方式,氢气回收的成本取决于天然气的价格,天然气价格较高的地区,其回收氢气的成本较高,市场竞争力较弱。如用乙烷作为热量替代方式,乙烷价格较低时,其氢气回收的成本与煤制氢相当,市场竞争力较强。     

新能源电解水制氢技术经济性分析

制氢是建立氢能产业链的根基，新能源制绿氢规模化部署将打开氢能产业链新局面，使氢能产业从示范向商业化迈进。化石能源制氢为目前主流制氢技术，具有规模大、成本低、但二氧化碳排放高的特点。新能源电解水制氢是真正意义上零碳排放的制氢方式，但成本高是制约氢能产业发展的关键因素。基于影响电解水制氢成本的核心要素，对制氢成本进行剖析，重点就电价、系统规模、设备投资、电解效率、运行小时数和管理质量提升6个因素对绿氢成本的影响进行分析，并与煤制氢进行对比，为绿氢降本提供了可供参考的路径。     

不同原料制氢工艺技术方案分析及探讨

介绍了煤气化制氢、天然气制氢、重油制氢、干气制氢和煤超临界水气化制氢5种原料制氢工艺技术,通过比较煤、天然气、重油、干气为原料的制氢成本,可知生产每1 m~3氢气的成本从小到大的次序为:煤气化制氢<天然气制氢<干气制氢<重油制氢,煤气化制氢技术具有较好的经济性和发展前景。对超临界水煤气化制氢工艺和传统煤气化制氢工艺进行了对比,结果表明,超临界水煤气化技术具有冷煤气效率高、有效气体组成高、污染少的特点,是一种新型的煤气化制氢工艺技术,具有较好的发展前景。     

催化在能源转化中的作用

在一次能源转化成二次能源特别是煤制清洁燃料和化工原料的转化过程中,催化转化起重要作用.催化是解决能源问题的关键技术.介绍了化石能源、新能源和可再生能源转换过程中的催化作用以及煤制清洁燃料和化工原料的关键技术,指出催化是解决能源问题的关键技术,对煤制清洁燃料和化工原料的发展提出思考和建议.     

Wasserstoff-Technik

Hydrogen technology . Hydrogen is used today on a large scale as raw material in chemical engineering and in the long term has tremendous potential as one of the most important secondary energy carriers. Hydrogen is produced with fossil and nonfossil primary energy sources from fossil and nonfossil primary raw materials. As an almost pollution-free secondary energy carrier, which is storable and transportable on a large scale, hydrogen can be used with nearly all energy utilization techniques fueled at present by natural gas, and products of petroleum and coal. Decisive influence on the introduction of hydrogen as energy carrier is exerted by the status and further development potential of hydrogen energy technology, cost of hydrogen production, and safety of a widespread use of hydrogen in the energy economy.     

有机固体废弃物热化学制氢研究进展

氢气是理想的清洁能源,也是重要的化工原料。但是,目前的制氢技术多以化石燃料为原料,制氢过程具有高能耗和高污染的弊端,这使氢能的清洁属性大打折扣。随着社会经济的发展和城市化进程的加快,城市固体废弃物的产量逐年递增,这其中的大部分有机物都有成为制氢原料的潜力。以有机固体废弃物（简称“有机固废”）为原料的制氢工艺对于氢能的清洁化发展和固废的资源化利用具有双重意义。本文以有机固废热化学转化制氢过程为对象,对该过程的原料预处理、技术路线、催化剂和吸附剂、技术经济分析、生命周期评价和生态风险评估等方面的研究进展进行综述,重点聚焦大型中试装置和工业化示范项目。通过分析各类技术路线的优劣性,总结得出新型热化学转化制氢技术受成本和装备的限制,大规模利用进展缓慢。在传统热化学转化制氢领域中,有机固废气化制氢最具大规模应用潜力。根据有机固废制氢的发展现状,还对该领域催化剂和吸附剂未来的研究方向以及技术经济分析和生命周期评价的热点问题进行讨论。最后对有机固废制氢的前景作出展望。     

国内外工业化制氢技术的研究进展

介绍国内外主要工业化制氢技术现状,从原料来源、技术环保及成本等方面,对具有代表性的天然气水蒸汽转化、煤气化及水电解等制氢技术进行对比,分析制氢规模和原料价格等对制氢成本的影响,对制氢技术的前景进行展望。     

可再生能源电解制氢技术及催化剂的研究进展

氢能是一种清洁、高效的二次能源,是构建未来清洁社会的重要支撑。在众多制氢技术中,利用可再生能源产生电能,并通过电解水制备高纯度氢气是最具潜力的制氢路线之一。本文在介绍三种电解水制氢技术及核心部件的基础上,重点讨论了电解水析氢催化剂,特别是过渡金属基电催化剂及单原子催化剂的研究进展。本文最后对可再生能源发电与电解水制氢技术的耦合进行了分析与讨论,简述了现阶段国内外基于可再生能源发电制氢项目的开发进展。文章指出,随着电力成本下降,高效、稳定、经济的析氢催化剂的开发,可再生能源发电制氢将成为解决能源消纳、加速氢能产业化进程、最终实现我国向低碳清洁能源转型的重要途径。     

低阶煤高值转化制备基础化工原料关键技术及应用

制备电石、乙炔等基础化工原料是实现低阶煤高值转化的重要技术途径,现有技术普遍存在高污染、高能耗、高成本等问题。本文介绍了国家重点研发计划项目（2016YFB0301800）拟通过揭示低阶煤在电场耦合反应体系极端条件下物质传递与转化的科学规律,深入认识反应过程调控、放大和能量回收原理,突破旋转弧等离子炬工程化技术、大电流氢等离子体电源与低电压启弧技术、长寿命电极设计及烧蚀补偿技术、低成本粉状原料成型及高温固体物料输送技术等关键技术,形成节能、高效、低成本的低阶煤生产乙炔和电石成套工艺,建成5000吨/年等离子体裂解煤制乙炔工业示范装置及80万吨/年低阶煤蓄热式电石生产工业装置。     

生物质衍生物重整制氢研究进展

氢能是公认的较为理想的绿色能源,开发利用氢能不仅能摆脱对传统化石能源的长期依赖,还能解决能源短缺及环境污染问题,低成本且高效环保地制取氢气有利于中国能源结构转变与可持续发展战略的实施,其中利用可再生生物质衍生物重整制氢技术越来越受到人们的关注。从化学与能源角度出发,综述和评论了国内外以生物醇类、苯酚类、酸类三大主要生物质衍生物为原料重整制氢的研究,分析了这些生物质衍生物重整制氢的反应机理,集中阐述了催化剂和载体对重整制氢的作用效果,以及催化体系所面临的问题及改进办法。结合目前制氢发展着重于催化剂改性、载体优化、工艺改进等方面的研究趋势,提出未来可深入开发新型载体和助剂、丰富催化剂体系、整合各种制氢工艺的研究方向。     

电解水煤浆制氢技术研究进展

电解水煤浆制氢在能源消耗与产氢效率上都更优于电解水过程,并且在电解过程中可以同时达到对矿石能源净化的目的,是一种十分值得推广与发展的产氢新技术。本文在综述电解水煤浆技术现状及特点的基础上,阐述了电解水煤浆制氢技术的原理,并以此为理论基础概述了反应温度、电解质种类、样品预处理对电解水煤浆制氢的影响,综述了国内外电解水煤浆电极材料的研究进展,并对电解水煤浆技术的发展现状和存在的不足进行了分析与展望。指出电解水煤浆技术发展的重点方向为：降低电解水煤浆过程中的能量消耗,多使用可再生能源;深入研究反应机理,提高产氢效率,实现化学能与电能耦合向氢能的转变;改善电极的稳定性和耐腐蚀性,使电极更加耐久并降低电极成本;通过研究新型催化电极与催化剂来提高反应的效率。     

氢能利用与碳质材料吸附储氢技术

氢能作为一种洁净的可再生能源,对整个世界经济的可持续发展具有重要的战略意义。碳质材料具有比表面积高,吸/脱附速度快,可循环使用,寿命长,容易实现规模化生产等优点,可显著促进低成本、规模化储氢技术的发展,对未来的能源、交通、环保而言具有非常重要的意义。综述了氢能开发利用的最新研究动态,展望了氢能利用和储存的发展趋势,在简要介绍氢能的制备方法、储氢材料和储氢技术的基础上,重点介绍了碳质材料吸附储氢技术。     

制氢技术的思考

氢气是一种洁净能源,21世纪对氢气的需求将大大增加。在对比分析了几种主要的氢气制备技术的基础上，为现阶段我国大规模制氢技术提出建议，认为应积极发展湿法煤气化制氢技术。