氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。
年3月23日,为助力实现碳达峰、碳中和目标,深入推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系,促进氢能产业高质量发展,国家发改委、国家能源局联合发布《氢能产业发展中长期规划(—年)》(以下简称《规划》)。国家发展改革委高技术司副司长王翔表示,《规划》是碳达峰、碳中和“1+N”政策体系“N”之一,全面对标党中央、国务院重大决策部署,紧扣碳达峰、碳中和目标。
年已印发的关于做好碳达峰碳中和工作的意见和年前碳达峰行动方案,是碳达峰、碳中和“1+N”政策体系的“1”,均对氢能产业发展作出明确部署,要求统筹推进氢能“制储输用”全链条发展,加快氢能技术研发和示范应用,探索在工业、交通运输、建筑等领域规模化应用。
1国内制氢现状
近年来,氢能逐渐成为国际议程的新焦点。截至年底,占全球GDP总量52%的27个国家中,16个已制定全面的国家氢能战略,还有11个国家正在制定国家氢能战略。《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》显示,当前我国氢气产能约每年万吨,产量约万吨,氢的产量全球第一。年我国可再生能源制氢有望实现平价,在年碳中和情景下可再生能源制氢规模有望达到1亿吨。
2焦炉煤气制氢前景
我国是世界焦炭产量最大的国家,全国焦炭产能约有1/3在钢铁联合企业,2/3在独立焦化企业。年国内焦炭产量达4.7亿吨,焦炉煤气是炼焦的副产品,每吨焦炭可产生焦炉煤气约-立方米,去年焦炉煤气产量约亿立方米,占全球一半以上。但是许多独立焦化企业富余的焦炉气曾因无法直接用于生产而被大量放散。
自年1月1日起实施的《焦化行业准入条件》修订版规定,焦化生产企业生产的焦炉煤气应全部回收利用,不得放散。这给焦炉煤气的综合利用提供了有利的政策支持,利用焦炉煤气制取氢气、天然气、直接还原铁等可以获得巨大的经济效益,节省化石原料。
焦炉煤气中约含50-60%的氢气,可副产氢气万吨左右,数量极大,占工业副产氢总量的90%以上。焦炉煤气制氢是目前可实现的大规模低成本高效率获得工业氢气的重要途径。
3焦炉煤气制氢方法
利用焦炉煤气制氢,在我国已有多年的历史,其生产技术成熟,具有较高的经济性,特别是与水电解法制氢相比,经济效益显著。水电解法制氢耗电为6.5kWh/m3,而焦炉煤气制氢耗电仅为0.5kWh·m3。我国已确立把焦炉煤气重整技术作为开发氢能源的重要途径。焦炉煤气制氢工艺流程图如下:
焦炉煤气中包括焦油雾、萘、苯馏分、H2S、有机硫、HCN、NH3等杂质,必须将这些杂质去除,才能达到PSA进料要求。
4微晶材料吸附工艺在焦炉煤气净化制氢中的应用
微晶材料是人工水热合成的硅铝酸盐晶体,依据晶体内部孔穴大小吸附或排斥不同的物质分子,同时根据不同物质分子极性或可极化度而决定吸附的次序,达到分离的效果。微晶材料吸附对焦炉煤气净化处理有如下优点:
(1)可以吸附硫化氢,吸附精度较高;
(2)可以吸附羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚、噻吩等有机硫,可根据需
求在再生过程中将有机硫转化为无机硫;
(3)吸附剂疏水,可减少煤气中水蒸汽的影响;
(4)耐高温,结构稳定,可以反复再生;
(5)微晶材料使用寿命长,更换前通过解吸吹除吸附的有害物质,不会产
生危废;
(6)吸附前面无需用氧化铁、活性炭等工艺,可节省投资。
河北张宣高科科技有限公司目前正在建设60万t/年的氢能冶炼直接还原铁项目,需消耗Nm3/h的焦炉煤气作为气源,其工艺特点要求焦炉煤气硫、苯、萘等有害成分极低,通过目前国内相关工艺考察调研,最终选用山东洲蓝环保科技有限公司微晶吸附工艺技术对焦炉煤气进行净化,以达到下游工序要求,其工艺流程具体如下:
微晶材料吸附技术净化焦炉煤气工艺流程图
本工艺技术方案不产生新的废水、危废,硫化氢、有机硫等杂质浓缩在少量解吸气中便于送往其他工序现有的脱硫设施集中处理,也便于就地处理。
另外,微晶材料使用寿命长、系统可无人值守、运行过程间歇消耗少量蒸汽和电,故整体运行成本低,综合折算单位煤气成本仅在0.02元左右,具有极高的经济效益。
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