我国煤气化制氢技术的发展研究

摘 要：随着社会的不断前行，能源正在朝着更加清洁的趋势发展。氢能，作为一种高效的二次能源，获取途径较为广泛，能量转换完成后产物为水，能够真正达成零污染排放。未来能源可持续发展的研究将会进一步深入，氢能也将会发挥更加重要的作用。当前，我们亟需寻找全新的能源或者更加有效的煤炭利用手段，替代原有模式中对于化石能源的直接使用，更好地保护环境。本文对煤气化制氢技术进行分析，针对其中的不足之处进行讨论，提出相应的解决方案，期望氢能在我国能源领域中的进一步发展。

关键词：氢;煤炭气化;煤化工

氢能属于一种清洁型二次能源，能量转化完成后不会对外排放引起温室效应的气体，遵循地球中原有的物质循环，可以说是二十一世纪首要的清洁能源。因此，世界上诸多国家都将注意力聚焦在氢能的发展之上。制氢工艺的发展由氢能系统作为基础，即氢能的经济效应、是否可以规模化生产取决于原始资源的充足程度。对比传统一次能源来看，我国煤炭资源储备较为充足。所以，当太阳能、风能等一些清洁能源和可再生能源尚未实现规模化的生产前，煤气化制氢工艺将有着良好的应用潜力。

1 煤气化制氢简介

从煤气化制氢工艺来看，主要存在以下两种方式：其一是通过部分煤的燃烧释放热量，推动系统完成的气化过程。当前大部分的气化模式均是此类方式，该气化方式优势明显，但也有诸多不足。①该方式反应前需要将部分煤燃烧，约占总质量的四分之一，限制了转化率的提高;②需为系统提供大量的氧气，导致工艺流程更加繁琐，并且会排放较多的二氧化碳，提高气体处理难度。其二是通过外部提供煤气化过程需要的热量。该方式无需为系统提供氧气，仅通过水蒸气和煤即可完成，产出物质为一氧化碳和氧气，一氧化碳还能够经由水煤气变换生成氢气和二氧化碳。这一方式的优点在于无需将部分煤燃烧，可以有效提升转换效率，同时全过程无需氧气，简化工艺流程，最终排出的二氧化碳总量也显著降低。但是该方式中核心技术尚未完善，即如何更好地将热量传递到反应系统之中，确保反应顺利完成。

2 煤气化制氢技术

煤气化制氢工艺本质上是通过煤的气化过程获取一氧化碳和氢气，经由一系列的提纯分离过程后，获得期望浓度的氢气。

2.1 煤气化制氢工艺路线

煤的气化过程，就是煤炭和气化剂处在特定的外部条件下完成一系列化学变化形成煤气的过程。煤气化工艺较为多样，按照煤炭是否需要采集的标准，将其划分成地面气化工艺以及地下气化工艺。一是地面气化工艺，又可以进一步细分：①参照煤炭原料和气化剂在炉体内部流动时接触方式的差异能够分为移动床方式、流化床方式、气流床方式以及溶浴床方式;②按照煤炭原料添加到炉体时，颗粒程度的差异进行划分，分别为块煤气化、碎煤气化以及煤粉气化;③通过气化阶段借助气化剂种类的差异进行分类;④按照煤气化后形成废渣排出炉体时的形态结构差异进行划分，主要有固态排渣方式、液态排渣方式以及灰团聚方式。纵观煤气化工艺的发展来说，国内已经走过了数十年的历程。但是当前采用较多的气化模式仍然是固定床气化方式，技术相对落后，效率难以提升。二是地下气化工艺，这是对地下煤层就地气化生产煤气的一种方法。将地下煤炭直接进行有控制的燃烧，从根本上消除煤炭开采地下作业、运输等工作，但由于地下煤层的构成复杂，至今尚未有成熟工艺形成。

随着天然气和石油化工领域的不断更新，煤气化工艺在一些发达国家中曾出现一段停滞时期，但由于煤炭清洁工艺的突破带动起的全新潮流，发达国家再次展开煤气化工艺的开发。特别是工业程度较高的国家中，投入较多的资金和人力进行煤气化技术的研究，开发出一批全新的煤气化工艺，进一步提升了装置的产出性能、确保煤炭原料更好的适用在不同条件之中，推动转化效率的提高并降低环境污染，部分气化方式已经逐步完成了商业化转型。

2.2 我国煤气化制氢的发展建议

①针对我国当前采用的固定床气化方式可以通过富氧空气连续气化的工艺进行改进，并且搭建出完善的辅助保护系统，进一步提高转化效率，降低污染物质的产出，优化经济效益;②深入推进煤粉流化床气化工艺的开发并将其应用于实际之中，逐步替换传统的工艺技术，将碎煤作为生产原料，从而更好的优化煤粉利用程度;③将发达国家中较为先进的煤气化工艺进行引入，自主研制某些核心技术，从而实现国产化目标。闭门造车是难以完成新技术的研发的，应当通过外部引进加以自主研发，进行技术创新，确保技术更好地服务于社会。

3 结语

氢气将成为21世纪的一种非常重要的清洁能源，中国需要大力发展清潔的氢能系统。综合考虑原料资源、技术水平以及经济实力等因素，中国在选择经济、高产制氢工艺路线时，应将煤气化制氢技术作为优选方案。中国需要在对现有工艺进行必要的技术改造的同时，积极发展更加先进的煤气化制氢技术。大型先进煤气化技术的发展需要通过广泛的国际合作，引进国外的关键技术、设备及材料，更需要借助国外的经验、力量及资金，力争取得事半功倍的效果。

参考文献：

[1]王东军，姜伟，赵仲阳，等.国内外工业化制氢技术的研究进展[J].工业催化，2018，26（5）.

[2]管英富，王键，伍毅，等.大型煤制氢变压吸附技术应用进展[J].天然气化工（C1化学与化工），2017（6）.

作者简介：

吴妙华（1994- ），男，汉族，江苏南通人，本科学历，当前职称：助工。