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如何制造氫氣?

工廠生產方法有:

1,電解水制氫。

電解水制氫是目前應用廣泛且成熟的方法之壹。水制氫的過程是氫氧燃燒生成水的逆過程,所以只要提供壹定形式的能量,水就可以分解。提供電能將水分解成氫氣的效率壹般為75-85%。其工藝流程簡單,無汙染,但耗電量大,應用受到壹定限制。電網峰谷差電解水制氫作為儲能手段也有特點。我國水力資源豐富,利用水力發電和電解水制氫有其發展前景。太陽能取之不盡,其中光電制氫的方法被稱為太陽能氫能系統,國外已經開展了實驗研究。隨著太陽能電池能量轉換效率的提高、成本的降低和使用壽命的延長,其制氫前景不可估量。同時,太陽能、風能、海洋能也可以通過電力產生氫氣,並以氫氣作為中間能源載體來調節和儲存轉換後的能量,使得對用戶的能源供應更加靈活方便。供電系統多余的電能還可以用來電解水產生氫氣,達到儲能的目的。國內各種規模的水電解制氫裝置有數百臺,但都是小型電解制氫設備,其目的是制氫作為原料而非能源。隨著氫能應用的逐步擴大,電解水制氫的方法將得到發展。

2.化石燃料制氫

煤、石油和天然氣制氫是目前制氫的主要方法。該方法在國內技術成熟,已建成工業化生產設備。

(1)煤制氫

在中國的能源結構中,煤炭將是未來很長壹段時間的主要能源。如何提高煤的利用效率,減少對環境的汙染是壹個需要不斷研究的課題,而將煤轉化為氫氣是其途徑之壹。

從煤中生產含氫氣體的方法主要有兩種:壹種是煤的焦化(或高溫幹餾),另壹種是煤的氣化。煉焦是指煤在隔絕空氣的條件下,在90-1000℃下制成焦炭,副產品是焦爐煤氣。焦爐煤氣的組成含有55-60%(體積)的氫氣、23-27%的甲烷和6-8%的壹氧化碳。每噸煤可獲得300-350m3煤氣,可用作城市煤氣和制氫原料。煤氣化是指煤在高溫、常壓或壓力下與氣化劑反應,轉化為氣體產品。氣化劑為水蒸氣或氧氣(空氣),氣體產物中含有氫氣等成分,其含量因氣化方式不同而異。我國中小型制氫裝置數量眾多,均以煤為原料,氣化後產生含氫氣體作為合成氨原料。這是壹種具有中國特色的氫源獲取方法。采用OGI固定床氣化爐,間歇操作可生產水煤氣。該裝置投資少,操作簡單,其氣體產品主要由氫氣和壹氧化碳組成,其中氫氣可達60%以上,轉化後可制得純氫氣。利用煤氣化制氫,設備費用占投資的主要部分。煤炭地下氣化方法近幾十年來壹直受到重視。地下氣化技術具有煤炭資源利用率高、減少或避免地表環境破壞的優點。中國礦業大學開發並完善了“長通道、大斷面、兩段地下煤氣化”生產水煤氣新工藝。氣體中氫氣含量超過50%,已在唐山劉莊投入工業試運行,日產水煤氣5萬m3。如果經過轉化和變壓吸附提純,可以生產廉價的氫氣,在國內有壹定的發展前景。中國在掌握煤制氫技術方面有很好的基礎,特別是中小型合成氨廠的大量制氫裝置遍布全國。我國自主研發的煤炭地下氣化制水煤氣獲取廉價氫氣的工藝取得了階段性成果,具有發展前景,值得關註。

(2)以天然氣或輕油為原料制氫。

在該方法中,在催化劑的存在下,通過與蒸汽的反應和轉化產生氫氣。主要發生以下反應:

CH4+H2O→CO+H2

壹氧化碳+H2O→二氧化碳+赫茲

CnH2h+2+Nh2O→nCO+(Zh+l)HZ

反應在800-820℃下進行。從上面的反應可以看出,壹部分氫氣來自水蒸氣。用這種方法制備的氣體成分中,氫氣含量可達74%(體積),其生產成本主要取決於原料價格。在中國,輕油價格高,采氣成本貴,應用受到限制。大部分大型合成氨和甲醇裝置都是以天然氣為原料,催化水蒸氣轉化制氫。中國在這壹領域做了大量卓有成效的研究工作,建造了大量工業生產裝置。在中國,開發了間歇式天然氣蒸汽轉化工藝,為小型氨廠生產原料。該方法不需要采用高溫合金轉化爐,設備投資成本低。石油天然氣制氫工藝已經非常成熟,但由於原料的限制,主要用於生產化工原料。

(3)以重油為原料,通過部分氧化制備氫氣。

重油原料包括石油深加工後的常減壓渣油和燃料油。重油與水蒸氣和氧氣反應產生氫氣。

氣體產品。部分重油燃燒為轉化的吸熱反應提供熱量和壹定的反應溫度。通過這種方法生產的氫氣產品的成本

原材料成本占三分之壹左右,而重油價格低,所以人們重視。我國已建成大型重油部分氧化制氫裝置,用於生產制氫原料。