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一文詳解現(xiàn)有制氫方式有哪些?

2022-05-30 來源:東方風力發(fā)電網(wǎng) 瀏覽數(shù):929

隨著氫能技術(shù)的發(fā)展,海水制氫、垃圾制氫、太陽能制氫等各類制氫方式不斷出現(xiàn),本文就盤點一下當前市場主流的幾類制氫方式,包括化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)物制氫、水分解制氫、生物質(zhì)制氫四大主流及其他制氫方式。

 隨著氫能技術(shù)的發(fā)展,海水制氫、垃圾制氫、太陽能制氫等各類制氫方式不斷出現(xiàn),本文就盤點一下當前市場主流的幾類制氫方式,包括化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)物制氫、水分解制氫、生物質(zhì)制氫四大主流及其他制氫方式。



一、化石燃料制氫
 
化石燃料制氫主要包括天然氣制氫和煤制氫兩大類,化石燃料制氫的優(yōu)點是技術(shù)成熟、成本低,也是當前的主流方式,但其缺點是碳排放高,雙碳政策下這一技術(shù)路線未來勢必會進行改革。
 
1、天然氣制氫
 
天然氣的主要加工過程包括常減壓蒸餾、催化裂化、催化重整和芳烴生產(chǎn)。同時,包括天然氣開采、集輸和凈化。在一定的壓力和一定的高溫及催化劑作用下,天然氣中烷烴和水蒸氣發(fā)生化學反應。轉(zhuǎn)化氣經(jīng)過費鍋換熱、進入變換爐使CO變換成H2和CO2。再經(jīng)過換熱、冷凝、汽水分離,通過程序控制將氣體依序通過裝有三種特定吸附劑的吸附塔,由變壓吸附(PSA)升壓吸附N2、CO、CH4、CO2提取產(chǎn)品氫氣。降壓解析放出雜質(zhì)并使吸附劑得到再生。
 
2、煤制氫
 
煤炭通過氣化轉(zhuǎn)化成合成氣,再經(jīng)水煤氣變化分離處理,提取高純度的氫氣。煤制氫按照具體工藝流程有水煤漿氣化制氫和干粉煤氣化制氫,其中以航天爐技術(shù)、清華爐水冷壁技術(shù)和華理四噴嘴技術(shù)為代表的煤氣化技術(shù)處于世界領先地位,煤制氫裝置合成氣生產(chǎn)規(guī)模超過20萬m3/h,煤氣化制氫技術(shù)的轉(zhuǎn)化效率在55%——60%,同時合成氣裝置每生產(chǎn)1m3H2, CO2的排放量約為2.710 kg。
 
二、工業(yè)副產(chǎn)物制氫
 
工業(yè)副產(chǎn)氫制氫指利用含氫工業(yè)尾氣為原料制氫的生產(chǎn)方式。工業(yè)含氫尾氣主要包括焦爐煤氣、氯堿副產(chǎn)氣、煉廠干氣、合成甲醇及合成氨弛放氣等,一般用于回爐助燃或化工生產(chǎn)等用途,利用效率低,有較高比例的富余。
 
有人說工業(yè)副產(chǎn)氫是目前的最佳制氫路線,因為其優(yōu)點顯而易見,成本低廉、技術(shù)成熟、對環(huán)境友好,但顯然由于其提純工藝不夠成熟,成品氫雜質(zhì)過多、純度不夠,因此目前通常只有燃燒等低效利用途徑,甚至直接送到火炬排空,所以未來只有攻克提純這一難點才能真正使工業(yè)副產(chǎn)氫得到大規(guī)模發(fā)展。
 
三、水分解制氫
 
水分解制氫方式主要分為三種,包括電解水制氫、光解水制氫和熱解水制氫,其優(yōu)點是成品純度高、無碳排放問題對環(huán)境友好,但其劣勢是成本高,目前難以大規(guī)模應用。
1、電解水制氫
 
電解水制氫又稱水電解制氫,是指水分子在直流電作用下被解離生成氧氣和氫氣,分別從電解槽陽極和陰極析出。在技術(shù)層面,電解水制氫主要分為堿性水電解(AWE)制氫、固體聚合物PEM水電解,固體聚合物陰離子交換膜(AEM)水電解、固體氧化物(SOE)水電解。其中,AWE 是最早工業(yè)化的水電解技術(shù),已有數(shù)十年的應用經(jīng)驗,最為成熟;PEM 電解水技術(shù)近年來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速,SOE 水電解技術(shù)處于初步示范階段,而 AEM 水電解研究剛起步。
 
2、光解水制氫
 
光解水制氫的原理是光輻射在半導體上,當輻射的能量大于或相當于半導體的禁帶寬度時,半導體內(nèi)電子受激發(fā)從價帶躍遷到導帶,而空穴則留在價帶,使電子和空穴發(fā)生分離,然后分別在半導體的不同位置將水還原成氫氣或者將水氧化成氧氣。利用太陽光照射光催化劑分解純水制取氫氣,將太陽能轉(zhuǎn)化為可儲存和運輸?shù)臍淠埽菍崿F(xiàn)“液態(tài)陽光”能源計劃最為理想的方法之一。關(guān)于光催化分解水能否實用化,現(xiàn)階段存在兩大挑戰(zhàn):一是光催化劑的量子效率;二是光催化劑的響應波長的拓展。簡單來說,即通過二氧化鈦單晶電極光催化分解水,產(chǎn)生氫氣的現(xiàn)象。
 
3、熱解水制氫
 
熱解水制氫的原理是水在高溫下直接分解成氫氣和氧氣,通過中間物將水分解反應分解成幾個不同的反應,組成一個循環(huán),最終使水在較低溫度下分解產(chǎn)生氫氣和氧氣。
 
四、生物質(zhì)制氫
 
生物質(zhì)制氫主要有生物法制氫和化學法制氫兩種。生物法制氫是通過產(chǎn)氫微生物,如厭氧發(fā)酵制氫和光合生物制氫,但是產(chǎn)率和穩(wěn)定性受到限制,大規(guī)模生產(chǎn)的可能性較低。而生物質(zhì)熱化學制氫是通過生物質(zhì)的碳氫化合物組分通過熱解轉(zhuǎn)化為合成氣(CO、H2)等,然后將CO與H2O反應制取氫氣。
 
生物質(zhì)制氫的優(yōu)點是成品沒有碳排放問題、綠色環(huán)保,但缺點是工藝復雜,目前尚不適合大規(guī)模應用。
 
五、其他制氫方法


 
目前隨著各國對碳排放問題和環(huán)境污染的重視,所以新型的綠氫制氫方式也不斷出現(xiàn),如垃圾制氫、可再生能源制氫等。前者利用生物廢料、垃圾等原料制氫,配合二氧化碳捕捉和密封設備,從大氣中吸收二氧化碳,可以最大限度地減少整個過程中的二氧化碳排放。后者包括太陽能制氫、風能制氫等,其本質(zhì)上是利用太陽能、風能等可再生能源進行電解水、熱解水或生物質(zhì)制氫。
閱讀上文 >> 安全可靠——氫氣充裝環(huán)節(jié)的安全之道是什么?
閱讀下文 >> 國內(nèi)外加氫站技術(shù)路線對比

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