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              科普 | 氫能產業鏈之 - 煤制氫


              氫能是一種二次能源,因為氫在自然界中只以化合物的形式存在,所以需要通過特定的生產過程才能獲取利用。氫能來源多樣,不僅可以通過煤炭、石油、天然氣等化石能源重整、生物質熱裂解,或微生物發酵等途徑制取,還可以來自焦化、氯堿、鋼鐵、冶金等工業副產氣,也可以利用電解水制取。若與可再生能源發電結合,不僅實現全生命周期綠色清潔,更拓展了可再生能源的利用方式。

              氫的制取來源及主要工藝 


              目前已有多種制氫技術,以如下三種技術路線為主導:一是以煤和天然氣為主的化石能源重整制氫;二是以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為主的工業副產氣制氫,三是電解水制氫。

              煤制氫工藝成熟,成本低廉但下降空間小

              煤是我國制氫的主要原料,雖然煤焦化副產的焦爐氣也用于制氫,但煤氣化制氫目前在國內氫氣生產中占據主導地位。煤氣化制氫是先將煤炭與氧氣發生燃燒反應,進而與水反應,得到以氫氣和CO為主要成分的氣態產品,然后經過脫硫凈化,CO繼續與水蒸氣發生變換反應生成更多的氫氣,最后經分離、提純等過程而獲得一定純度的產品氫。煤氣化制氫技術的工藝過程一般包括煤氣化、煤氣凈化、CO變換以及氫氣提純等主要生產環節。

              煤氣化制氫工藝流程簡圖 ▼

              煤制氫歷史悠久、技術成熟,是制備合成氨、甲醇、液體燃料、天然氣等多種產品的原料,廣泛應用于煤化工、石化、鋼鐵等領域。幾十年來,化工和化肥行業一直在使用這項技術生產氨 (尤其在中國)。全球約有130座煤炭氣化廠在營,其中80%以上在中國。

              煤礦航拍 ▼

               

              煤制氫技術路線成熟高效,可大規模穩定制備,是當前成本最低的制氫方式。據IEA數據,煤氣化制氫的成本中,資本支出約占50%,燃料需求占15%-20%,因此,煤的可用性和成本對煤制氫項目的可行性起著重要的決定作用。根據中國氫能聯盟測算,以技術成熟成本較低煤氣化技術為例,每小時產能為54萬方合成氣的裝置,在原料煤(6000大卡,含碳量80%以上)價格600元/噸的情況下,制取氫氣成本約為8.85元/公斤。

              煤制氫是國內目前成本最低的技術路線 


              煤制氫工藝二氧化碳排放量約是天然氣制氫的4倍,需結合碳捕集與封存(CCS)技術實現減排。據IEA數據,在煤制氫生產中加入CCS預計將使資本支出和燃料成本分別增加5%和130%,中國氫能聯盟計算在前述基礎上增加CCS后煤制氫成本約增加至15.85元/公斤。

              中國作為煤炭大國,煤炭資源豐富易得,并且已建立了大量煤炭開采基礎設施。由于國內缺乏廉價的天然氣源,配備CCS的煤制氫工藝很可能至少在中期是清潔制氫中最便宜的選擇。

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