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    碳中和背景下工業(yè)副產(chǎn)氣制氫技術(shù)研究與應(yīng)用

    2022-04-12 03:55:10陳健姬存民卜令兵
    化工進(jìn)展 2022年3期
    關(guān)鍵詞:焦?fàn)t煤氣電解水產(chǎn)氣

    陳健,姬存民,卜令兵

    (西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司,工業(yè)排放氣綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610025)

    人類社會(huì)的快速發(fā)展伴隨著大量CO排放,進(jìn)而導(dǎo)致的溫室效應(yīng)影響著人類的生存環(huán)境。第21屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)達(dá)成抑制全球氣候變暖的《巴黎協(xié)定》,提出各國(guó)共同控制碳排放,實(shí)現(xiàn)碳中和。2020 年9 月,我國(guó)提出了“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的雙碳目標(biāo)。氫氣是一種無碳、高效、清潔、可持續(xù)的能源,是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的重要途徑。俞紅梅等學(xué)者研究指出,預(yù)計(jì)2050年全世界20%的二氧化碳減排可以通過氫能替代完成,氫能消費(fèi)將占世界能源市場(chǎng)的18%。

    氫能的大規(guī)模發(fā)展離不開低碳、高效的制氫工藝與技術(shù),目前,國(guó)內(nèi)的氫氣生產(chǎn)中大約有52%來自煤制氫,32%來自化工、石化、冶金等工業(yè)副產(chǎn)氣制氫,12%來自天然氣制氫,其余來自電解水制氫等工藝。工業(yè)上煤制氫、天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫等工藝產(chǎn)生較大量的CO排放,電解水制氫無直接CO排放。工業(yè)副產(chǎn)氣制氫是副產(chǎn)氣資源化利用的途徑之一,能夠?qū)崿F(xiàn)有效成分H的回收,在制氫工藝過程中脫除了硫化物等污染物。工業(yè)副產(chǎn)氣制氫過程中除能源動(dòng)力等能量外不引入其他碳源,故其CO排放量即為原排放氣的CO排放和制氫過程耗費(fèi)能量帶來的間接CO排放之和,間接CO排放強(qiáng)度介于化石燃料制氫和可再生能源電解水制氫之間。制氫工藝的選擇是低碳性和經(jīng)濟(jì)性的平衡,當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平下,可再生能源制氫技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?;I(yè)應(yīng)用,煤制氫和天然氣制氫的經(jīng)濟(jì)性較好,但是其碳排放較高。工業(yè)副產(chǎn)氣排放量大、來源廣,用其制氫具有較低的碳排放經(jīng)濟(jì)成本,是當(dāng)前低碳低成本氫氣來源的較好選擇,是推動(dòng)氫能發(fā)展和碳減排的有效路徑。

    1 工業(yè)副產(chǎn)氣與氫

    2020 年,我國(guó)一次能源消費(fèi)總量為49.8 億噸標(biāo)煤,占世界能源消費(fèi)總量的26.1%,年CO排放量為98.99 億噸,占世界排放總量的30.7%,能源消費(fèi)量和CO排放量都位居世界第一。巨大的能源消費(fèi)背后是我國(guó)門類齊全工業(yè)的發(fā)展,工業(yè)副產(chǎn)氣是工業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物和排放物,具有排放總量大、對(duì)環(huán)境污染重、有用組分資源浪費(fèi)等特點(diǎn)。

    我國(guó)煉油、化工、焦化等主要工業(yè)副產(chǎn)氣中大多含有H,且部分副產(chǎn)氣H含量較高。工業(yè)副產(chǎn)氣制氫相較于化石燃料制氫流程短,能耗低,且與工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合緊密,配套公輔設(shè)施齊全,下游H利用和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施較為完善,故工業(yè)副產(chǎn)氣是目前較為理想的氫氣來源。我國(guó)主要工業(yè)副產(chǎn)氣的典型組成及可副產(chǎn)氫氣量如表1所示。

    表1 主要含氫工業(yè)副產(chǎn)氣產(chǎn)量及組分表

    2 典型工業(yè)副產(chǎn)氣制氫工藝

    工業(yè)副產(chǎn)氣制氫工藝普遍采用了變壓吸附(pressure swing adsorption,PSA)氣體分離技術(shù),該技術(shù)是通過固體吸附劑對(duì)一定壓力下的混合氣體中某些組分進(jìn)行選擇性吸附,氣體組分在吸附床層中高壓下吸附、低壓下解吸,從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)組分的凈化與富集。吸附劑是一種比表面積較大的微孔材料,其吸附氣體量與氣固之間的相互作用力密切相關(guān),隨著壓力和溫度等因素顯著變化。20 世紀(jì)70 年代初西南化工研究設(shè)計(jì)院在我國(guó)率先開始進(jìn)行PSA技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的研究,經(jīng)過近五十年的發(fā)展和進(jìn)步,變壓吸附技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)上氫氣分離提純的主要技術(shù)。

    2.1 焦?fàn)t煤氣制氫

    焦?fàn)t煤氣制氫主要有焦?fàn)t煤氣直接凈化串聯(lián)PSA 分離提純氫氣和焦?fàn)t煤氣蒸汽轉(zhuǎn)化+PSA 分離提氫兩種工藝。

    目前主流工藝是焦?fàn)t煤氣壓縮凈化后采用變壓吸附法直接分離提純氫氣,流程如圖1所示。

    圖1 焦?fàn)t煤氣制氫流程簡(jiǎn)圖

    提氫后的焦?fàn)t煤氣解吸氣返回燃料氣管網(wǎng),也可以用作制液化天然氣(LNG)或其他富甲烷氣轉(zhuǎn)化原料進(jìn)一步利用。焦?fàn)t氣蒸汽轉(zhuǎn)化提氫流程是在上述流程基礎(chǔ)上增加蒸汽轉(zhuǎn)化爐,將焦?fàn)t煤氣中的甲烷轉(zhuǎn)化為CO和H,可最大限度的產(chǎn)氫氣。

    焦?fàn)t煤氣制氫的關(guān)鍵技術(shù)在于焦?fàn)t煤氣的凈化和變壓吸附氫氣分離提純。焦?fàn)t煤氣含有粉塵、焦油、萘、苯、氨、氰化物、硫化物等多種雜質(zhì)組分,凈化工藝及凈化劑的選擇至關(guān)重要。

    目前主流工藝為TPSA 吸附分離-化學(xué)催化耦合凈化技術(shù),在工業(yè)上已有較好的應(yīng)用效果,采用的焦?fàn)t煤氣凈化工藝流程如圖2所示。

    圖2 焦?fàn)t煤氣干法凈化工藝路線

    采用浸漬法研制出的多功能精脫硫劑將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為HS,可實(shí)現(xiàn)羰基硫和二硫化碳脫除至0.1mg/m(標(biāo)準(zhǔn)狀況下,余同)以下,可實(shí)現(xiàn)對(duì)焦?fàn)t煤氣的深度凈化。

    2.2 煉廠副產(chǎn)氣制氫

    煉廠副產(chǎn)氣一般有低壓氣和高壓氣,常見的低壓氣有輕烴回收尾氣、解吸氣、脫氫尾氣等,高壓氣有重整氣、歧化尾氣、加氫低分氣、乙烯尾氣等。煉廠副產(chǎn)氣制氫流程較短,典型煉廠副產(chǎn)氣制氫及氫氣純化生產(chǎn)燃料電池氫工藝流程如圖3所示。

    圖3 煉廠副產(chǎn)氣制氫流程簡(jiǎn)圖

    針對(duì)煉廠副產(chǎn)氣,新型CNA-229 吸附劑在0.1MPa 的低壓下,烴類(C~C)物質(zhì)的吸附容量可達(dá)50~80g/mL,提升了生產(chǎn)效率。煉廠副產(chǎn)氣制氫的主要意義在于煉廠本身就是H需求大戶,傳統(tǒng)煉廠H來源主要有天然氣制氫、煉廠干氣(石腦油)制氫等工藝。與傳統(tǒng)制氫方式相比,副產(chǎn)氣直接制氫流程簡(jiǎn)單,無直接CO排放,且提氫后的副產(chǎn)氣中乙烯等烴類得到有效提濃,可作為煉廠原料再次利用,實(shí)現(xiàn)資源的回收利用。

    2.3 氯堿尾氣制氫

    氯堿工業(yè)是以工業(yè)鹽為原料,電解氯化鈉等鹽水生產(chǎn)燒堿、純堿、氯氣、PVC 等工業(yè)產(chǎn)品的行業(yè)。富含氫氣的氯堿尾氣主要有氯酸鈉尾氣及PVC尾氣,兩種尾氣組成相差較大,氯酸鈉尾氣和氯乙烯尾氣主要組分如表2所示。

    表2 氯堿尾氣主要組成

    氯酸鈉主要由電解工藝生產(chǎn),每生產(chǎn)一噸氯酸鈉可副產(chǎn)約620m氫氣。2020 年我國(guó)氯酸鈉產(chǎn)量約為85萬噸,即可副產(chǎn)5.27×10m氫氣,可作為氫能產(chǎn)業(yè)的重要?dú)錃鈦碓?。氯酸鈉尾氣氫氣含量高,原料氣處理關(guān)鍵在于脫氧脫氯和PSA分離純化流程簡(jiǎn)單,工藝流程圖如圖4所示。

    圖4 氯酸鈉副產(chǎn)氣制氫流程簡(jiǎn)圖

    燒堿裝置一般聯(lián)合PVC 裝置,每噸燒堿可副產(chǎn)270m氫氣,該部分氫氣用于HCl 合成,最終用于PVC 生產(chǎn),2020 年我國(guó)燒堿產(chǎn)量3673 萬噸,PVC產(chǎn)量2074萬噸,按氫氣消耗量可折算可副產(chǎn)氫氣59.7×10m(噸PVC耗HCl按0.62噸計(jì))。PVC尾氣含有氫氣、氯乙烯、氯化氫等氣體,其提氫工藝流程如圖5所示。

    圖5 PVC副產(chǎn)氣制氫流程簡(jiǎn)圖

    由于PVC 尾氣含有氯乙烯(VCM)和乙炔等高附加值組分,直接排放將造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染,故采用凈化+兩段PSA 法,實(shí)現(xiàn)了氯乙烯、乙炔、氫氣的回收利用和尾氣的達(dá)標(biāo)排放,該工藝具有凈化精度高、消耗低,整體運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。

    3 工業(yè)副產(chǎn)氣制氫優(yōu)勢(shì)分析

    3.1 成本優(yōu)勢(shì)

    目前國(guó)際國(guó)內(nèi)主流制氫工藝主要有煤制氫、天然氣(烴類)制氫、甲醇等化學(xué)品制氫、工業(yè)副產(chǎn)氣制氫和電解水制氫,工業(yè)大規(guī)模制氫以煤和天然氣為主,根據(jù)不同統(tǒng)計(jì)口徑,全球有約92%的氫氣生產(chǎn)采用煤和天然氣等化石原料生產(chǎn),國(guó)內(nèi)約有32%的氫氣來自工業(yè)副產(chǎn)氣。2020年,我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域制氫產(chǎn)能約4100萬噸,產(chǎn)量約3343萬噸,即有1069.76 萬噸氫氣是來自工業(yè)副產(chǎn)氣(折合1198.13×10m)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)工業(yè)上氫氣主要用作化工原料,用作燃料動(dòng)力的占比很小。

    煤制氫主要是煤炭經(jīng)過水煤漿氣化或者粉煤氣化生成轉(zhuǎn)化氣(H+CO+CO等),經(jīng)水汽變換后轉(zhuǎn)化成為變換氣(H+CO+其他),再經(jīng)脫硫等工藝后采用變壓吸附法分離提純得到產(chǎn)品氫氣。煤制氫工藝具有設(shè)備復(fù)雜、配套裝置多、煤的處理及凈化對(duì)環(huán)境影響大、裝置投資高等特點(diǎn)。煤制氫中的煤氣化工藝成熟,其中水煤漿氣化技術(shù)廣泛應(yīng)用于大型煤化工領(lǐng)域,國(guó)產(chǎn)粉煤氣化技術(shù)如航天爐、清華爐等氣化技術(shù)也得到較好應(yīng)用。煤制氫的氫氣規(guī)模一般≥5×10m/h,已建成有20×10m/h 規(guī)模的大型裝置。我國(guó)的資源稟賦一直是“富煤缺油少氣”,一次能源消費(fèi)量也以煤炭為主,煤原料相對(duì)低價(jià)易得,客觀上推動(dòng)了我國(guó)煤制氫工藝的發(fā)展。以某6.49×10t/a(即90000m/h)的水煤漿氣化制氫裝置為例,煤的價(jià)格按照500CNY/t 計(jì),每1m氫氣消耗原料煤為0.75kg,原料成本為0.375CNY,氧氣、水等輔助材料成本為0.253CNY,燃料及動(dòng)力消耗為0.069CNY,制造費(fèi)用為0.135CNY,員工工資為0.012CNY,管理及財(cái)務(wù)費(fèi)用為0.06CNY,氫氣總成本為0.904CNY/m。

    天然氣制氫主要是指天然氣(烴類)蒸汽轉(zhuǎn)化制氫,主要流程為天然氣脫硫脫砷預(yù)處理、高溫蒸汽轉(zhuǎn)化、CO 變換和氫氣提純。天然氣制氫,蒸汽轉(zhuǎn)化操作溫度較高,設(shè)備制造要求高,技術(shù)成熟。裝置規(guī)??筛鶕?jù)需要從200~140000m/h不等,廣泛應(yīng)用于石化、化肥等行業(yè)。以國(guó)內(nèi)某60000m/h 的天然氣制氫裝置為例,每1m氫氣消耗0.396m天然氣,燃料天然氣消耗為0.054m,天然氣價(jià)格按照2.5CNY/m計(jì),即每1m氫氣的原料天然氣成本為0.99CNY,輔助材料成本為0.031CNY,燃料動(dòng)力成本為0.232CNY,直接工資、制造費(fèi)用、財(cái)務(wù)及管理費(fèi)分別計(jì)取0.007CNY、0.138CNY、0.08CNY,即天然氣制氫的氫氣總成本為1.478元/m。

    甲醇制氫主要是指甲醇水蒸氣重整制氫,是甲醇合成的逆過程。在200~300℃溫度下,銅系催化劑作用下,甲醇和水蒸氣轉(zhuǎn)化為H和CO及少量CO、CH的混合氣,經(jīng)冷卻分離后采用PSA法將氫氣分離提純。甲醇制氫工藝條件相對(duì)溫和,產(chǎn)物簡(jiǎn)單,裝置規(guī)??稍?0~60000m/h 之間靈活調(diào)整。以某30000m/h 的甲醇制氫裝置為例,每1m氫氣需要消耗甲醇0.50kg,熱源消耗約為0.1m天然氣(熱量折算),甲醇價(jià)格按照2600CNY/t計(jì),氫氣原料成本為1.3CNY,輔助材料成本為0.16CNY,燃料動(dòng)力成本為0.395CNY,直接工資、制造費(fèi)用、財(cái)務(wù)及管理費(fèi)用分別計(jì)取0.012CNY、0.055CNY、0.02CNY,合計(jì)總成本為1.942CNY/m。

    電解水制氫工藝根據(jù)電解質(zhì)的不同主要分為堿性電解水工藝、質(zhì)子交換膜電解水工藝和固體氧化物電解水工藝,其中堿性電解水工藝技術(shù)成熟,已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。三種電解水工藝中堿性電解水電耗最高,為4.5~5.5kWh/m。以某1000m/h 的電解水制氫裝置為例,電耗為5.0kWh/m,電價(jià)取0.6CNY/kWh,即氫氣的電耗成本為3CNY/m,電解水制氫工藝每1m氫氣消耗水為2kg,工業(yè)水價(jià)按6CNY/t,即原料消耗為0.012CNY,輔助材料成本約為0.1CNY,直接工資、制造費(fèi)用、財(cái)務(wù)及管理費(fèi)用分別計(jì)取0.038CNY、0.235CNY、0.041CNY,合計(jì)總成本為3.426CNY/m。

    焦?fàn)t煤氣直接提氫工藝流程簡(jiǎn)單,裝置投資低。以某10000m/h 的焦?fàn)t煤氣制氫裝置為例,提氫后解吸氣返回燃料管網(wǎng)作為燃料,每生產(chǎn)1m氫氣凈消耗焦?fàn)t煤氣1m,電耗為0.3kWh,焦?fàn)t煤氣價(jià)格按照0.6CNY/m計(jì),焦?fàn)t煤氣制氫原料成本為0.6CNY/m,輔助材料及燃料動(dòng)力消耗分別為0.006CNY、0.216CNY,直接工資、制造費(fèi)用、財(cái)務(wù)及管理費(fèi)用分別計(jì)取0.007CNY、0.078CNY、0.028CNY。合計(jì)總成本為0.935CNY/m。上述費(fèi)用比例與相關(guān)報(bào)道基本一致。

    煉廠副產(chǎn)氣原料種類較多,其制氫成本主要在于原料氣凈化除雜和原料氣消耗,以某3000m/h的加氫尾氣提氫裝置為例,1m氫氣需要原料氣1.955m,提氫后解吸氣返回作為燃料氣,加氫尾氣計(jì)價(jià)0.35CNY,也即加氫氣制氫原料成本為0.684CNY/m,因原料氣壓力高,燃料動(dòng)力消耗成本為0.02CNY,輔助材料成本為0.016CNY,直接工資、制造費(fèi)用、財(cái)務(wù)及管理費(fèi)用分別計(jì)取0.006CNY、0.051CNY、0.033CNY,合計(jì)總成本為0.810CNY/m。

    氯堿尾氣制氫以某600m/h 的PVC 尾氣制氫裝置為例,尾氣中氫氣純度已達(dá)95%,1m氫氣需要原料氣1.1m,提氫后解吸氣排放,尾氣計(jì)價(jià)0.4CNY,即氯堿氣制氫原料成本為0.44CNY/m,燃料動(dòng)力消耗成本為0.02CNY,輔助材料成本為0.02CNY,直接工資、制造費(fèi)用、財(cái)務(wù)及管理費(fèi)用分別計(jì)取0.006CNY、0.062CNY、0.02CNY。合計(jì)總成本為0.568CNY/m。

    綜上,不同原料的制氫工藝的氫氣成本分析如表3所示。

    表3 不同原料制氫的氫氣成本分析表

    對(duì)前述條件下七類制氫工藝的成本進(jìn)行比較,如圖6所示。由圖6可知,工業(yè)副產(chǎn)氣制氫在氫氣成本上具有明顯的優(yōu)勢(shì),是現(xiàn)階段大規(guī)模生產(chǎn)氫氣的可行途徑。

    圖6 七類制氫工藝成本

    3.2 碳減排優(yōu)勢(shì)

    相關(guān)研究指出,煤制氫工藝每生產(chǎn)1m氫氣,CO的排放量為2.23~2.71kg;天然氣制氫工藝每生產(chǎn)1m氫氣,CO的排放量為0.79~1.33kg;甲醇制氫工藝每生產(chǎn)1m氫氣,CO的排放量為0.73~1.72kg;電解水制氫過程取決于發(fā)電過程的排放,每1m氫氣的CO排放量從0~4.8kg不等。工業(yè)副產(chǎn)氣制氫工藝因流程簡(jiǎn)單,采用變壓吸附法即可滿足,考慮消耗因素,一般每生產(chǎn)1m氫氣,CO的排放量為0.16~0.45kg,其中焦?fàn)t煤氣制氫CO排放約為0.18kg,根據(jù)工藝復(fù)雜程度煉廠氣制氫和氯酸鈉尾氣制氫的碳排放低于焦?fàn)t煤氣制氫,暫按0.1kg計(jì)。綜上七類制氫工藝的CO排放量如圖7所示(為方便比較,煤制氫等方式的碳排放數(shù)據(jù)采用上述最低和最高排放的均值)。

    由圖7可知,傳統(tǒng)的煤制氫、天然氣制氫、甲醇制氫、電解水制氫等工藝的CO排放均高于工業(yè)副產(chǎn)氣制氫工藝,工業(yè)副產(chǎn)氣制氫的低碳排放使得其發(fā)展和應(yīng)用具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

    圖7 七類制氫工藝CO2排放

    根據(jù)上海環(huán)境能源交易所發(fā)布的全國(guó)碳排放權(quán)交易數(shù)據(jù),2021年7月16日碳排放交易系統(tǒng)開市,截至7月30日,全國(guó)碳市場(chǎng)碳排放配額(CEA)總成交量5951937t,總成交額299585388.30CNY。按此數(shù)據(jù)計(jì)算,每噸碳排放均價(jià)為50CNY。

    在雙碳背景下,CO排放是剛性指標(biāo),制氫成本需綜合考慮碳排放交易的成本,考慮碳排放成本的不同制氫方式的氫氣綜合成本如表4所示。

    由表4可知,綜合考慮碳排放和碳交易成本因素后,工業(yè)副產(chǎn)氣制氫的成本更具競(jìng)爭(zhēng)力。能夠工業(yè)應(yīng)用的制氫工藝是綜合考慮各類成本和效益的結(jié)果,在雙碳背景下,工業(yè)副產(chǎn)氣制氫將會(huì)憑借綜合成本優(yōu)勢(shì)快速發(fā)展。

    表4 不同制氫方式生產(chǎn)1m3氫氣的綜合成本

    4 工業(yè)副產(chǎn)氣制氫應(yīng)用

    工業(yè)副產(chǎn)氣制氫自20 世紀(jì)80 年代始在不同領(lǐng)域有應(yīng)用,國(guó)內(nèi)最早的焦?fàn)t煤氣制氫是1989 年建設(shè)在武鋼的裝置。近年來隨著氫能的發(fā)展需要,工業(yè)副產(chǎn)氣制氫越來越受到重視。大型石化、焦化等企業(yè)布局氫能產(chǎn)業(yè),以中石化、中石油、中海油、國(guó)家能源集團(tuán)、旭陽集團(tuán)等為代表的石化、煤化工企業(yè)在布局和建設(shè)工業(yè)副產(chǎn)氣制氫裝置。

    焦?fàn)t煤氣制氫在煤化工、冶金焦化行業(yè)應(yīng)用較多。棗莊振興能源有限公司建設(shè)了62500m/h 焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫裝置,產(chǎn)品氫氣用于煤焦油加氫;河北中煤旭陽焦化有限公司建設(shè)了40000m/h焦?fàn)t煤氣制氫聯(lián)產(chǎn)焦?fàn)t氣制合成天然氣(SNG)裝置,產(chǎn)品氫氣用于環(huán)己烷、擬建合成氨等裝置原料。

    煉廠副產(chǎn)氣制氫在各煉廠應(yīng)用較廣,如中石化青島煉化建設(shè)了85000m/h 重整氣制氫、13000m/h加氫低分氣的制氫裝置,海南煉化建設(shè)了2000m/h苯乙烯烴化尾氣制氫、4000m/h 氣柜回收干氣制氫、12000m/h 渣油加氫脫硫(RDS)尾氣制氫等裝置,中化泉州石化建設(shè)了200000m/h 重整氣PSA 制氫、65000m/h 干氣制氫等裝置;煉廠氫氣主要用于加氫裂化、油品提質(zhì)加氫等。

    氯堿尾氣制氫是氯堿廠平衡余氯的有效手段,調(diào)節(jié)PVC 和液氯產(chǎn)量,以增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。如陜西金泰氯堿建設(shè)了600m/h 氯堿尾氣變壓吸附制氫裝置,產(chǎn)品氫氣用于PVC生產(chǎn)原料。

    傳統(tǒng)合成氨、甲醇工廠較早地開始了馳放氣提氫,回收氫氣用于主產(chǎn)品的合成及全廠氫氣平衡。

    隨著分離純化技術(shù)的進(jìn)步,工業(yè)副產(chǎn)氣制氫技術(shù)已應(yīng)用到燃料電池級(jí)氫氣產(chǎn)業(yè)。

    河南利源燃?xì)庥邢薰疽越範(fàn)t氣甲烷化制LNG 深冷尾氣為原料,采用變壓吸附技術(shù)生產(chǎn)燃料電池級(jí)氫氣,裝置已投產(chǎn),每小時(shí)產(chǎn)氫3000m。

    中石化北京燕山分公司將煉廠副產(chǎn)氣生產(chǎn)的氫氣通過變壓吸附裝置純化為燃料電池級(jí)氫氣,裝置已投產(chǎn),每小時(shí)產(chǎn)氫2000m。

    以上應(yīng)用實(shí)例說明,工業(yè)副產(chǎn)氣制氫技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用,氫氣不僅用于化工生產(chǎn),也作為清潔能源為燃料電池汽車提供氫源。

    5 前景與展望

    工業(yè)副產(chǎn)氣來自煉油、化工、鋼鐵、焦化等行業(yè),其排放量大,地域分布廣,研究和開發(fā)高效的工業(yè)副產(chǎn)氣凈化除雜技術(shù)、分離純化技術(shù)是促進(jìn)工業(yè)副產(chǎn)氣制氫工藝發(fā)展的關(guān)鍵,目前低壓、低氫含量的工業(yè)副產(chǎn)氣(如蘭炭尾氣)制氫工藝仍存在能耗高、投資過大的難題,開發(fā)先進(jìn)的分離純化工藝和改進(jìn)現(xiàn)有的吸附分離技術(shù)是解決此類問題的突破口。

    受資源分布和地域的限制,以及氫氣大規(guī)模儲(chǔ)存和長(zhǎng)距離運(yùn)送技術(shù)的制約,可再生能源直接、間接制氫技術(shù)還無法在現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。在碳達(dá)峰、碳中和大背景下,工業(yè)副產(chǎn)氣制氫將成為在可再生能源制氫完全替代前實(shí)現(xiàn)氫能規(guī)?;瘧?yīng)用的有效和經(jīng)濟(jì)的方式,通過提升工業(yè)副產(chǎn)氫在化工、能源、冶金等領(lǐng)域的應(yīng)用比例,將逐步降低相關(guān)行業(yè)的二氧化碳排放,提升工業(yè)副產(chǎn)氫氣的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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