氢能时代碳循环

《氢能时代碳循环》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、氢能时代的碳循环聂国印1聂旭春2（1、内蒙古自治区煤田地质局，内蒙呼和浩特，2、内蒙古工业大学）摘要：氢能时代的碳循环除自然循环外，应该走：化石燃料、生物质—一氧化碳—二氧化碳—一氧化碳—碳材料技术路线。全面捕集一定规模排放源的二氧化碳还原一氧化碳，一氧化碳还原做碳材料。关键词：氢能时代；石油气化；生物质气化；碳氢元素比例；一氧化碳；碳循环；研究。1.氢能时代氢能是通过氢气和氧气反应所产生的能量，氢能是氢的化学能。由于氢气必须从水、化石燃料、生物质等含氢物质中制得，因此是二次含能体能源。低温燃料电池已成功地进入商业化

2、时代，给氢能时代的氢能利用奠定了基础；煤炭气化制氢的规模化生产为氢能时代解决了氢源问题；氢气和一氧化碳都是气体，都是还原剂，神奇的是煤炭、石油、生物质等碳氢化合物都能还原，形成以氢气和一氧化碳为主的稳定的混合气体，经过分离、提纯可以得到纯净的氢气和一氧化碳；一氧化碳可以全面替代焦炭，氢气和一氧化碳可以应用于气法冶炼；［1］其实氢能时代已经走进我们身边，只是在认识、研究、开发工作还没有跟上；我们必须加强氢产业和一氧化碳产业的基础研究，加快产业化进程；氢能时代将成为必然。2.煤炭、石油、生物质的气化煤炭、石油、生物质是复

3、杂的高分子有机化合物，主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，而碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上，均可以缩写为CxHyOz。煤炭、石油、生物质通过：气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除、提纯四个流程制备氢气；气化、酸性气体脱除、分离、提纯四个流程制备氢气和一氧化碳（尚未利用）；气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除、甲烷化等流程制备天然气、甲醇、乙二醇、二甲醚、烯烃、氮肥、车用燃料等。根据煤炭的碳氢元素比例远大于石油、生物质，煤炭适合气化制备氢气，集中捕集二氧化碳，石油、生物质适合气化制备氢气和一氧化碳。2.1煤炭、石

4、油、生物质的碳氢元素比例不同的煤类碳氢元素比例各不相同，除泥炭外其他煤类均大于1，一般由1.09:1到2.95:1。石油碳氢元素比例稳定在0.50:1左右。干生物质碳氢元素比例稳定在0.63:1左右。2.2水在气化流程的作用依据煤炭气化数据，粗合成气的主要组成为H2、C0、C02、CH4，占总量的98.715%，有效气CO+H2占总量的86.312%，一氧化碳占60.649％，氢气占25.663％。［2］主要的化学反应方程式为：CxHyOz＋mH2O＋nO2＝(y/2＋m)H2＋xCO，由原料煤的碳氢元素比例1.50

5、:1变成粗合成气的约为0.89:1，充分说明有部分水参加了气化反应并生成了氢气。石油、生物质碳氢元素比例稳定在0.50:1--0.63:1左右，水和氧气用量相对较少，粗合成气的氢摩尔比大于一氧化碳摩尔比。2.3水在一氧化碳变换流程的作用水在一氧化碳变换流程的作用就是水和一氧化碳反应生成二氧化碳和氢气,即xCO＋xH2O＝xH2＋xCO2。也就是说在一氧化碳变换流程气化了海量的水，一氧化碳是水气化的最有效途径，每得1t氢气将产生22t二氧化碳，应集中捕集，循环利用。2.4石油、生物质气化条件的选择煤炭气流床气化技术特点

6、：气化剂为水蒸气和氧；煤种适应宽；反应物在炉内停留时间短，反应时间约为1s～3s；气化温度高达1500℃，灰渣以熔融状态排出，熔渣中含碳量低；气化压力4-6.5MPa；出炉煤气的组分以C0，H2，C02和H2O为主，CH4含量很低，产品中不含焦油，不产生含酚废水，烟气净化装置简单。影响气流床气化的主要因素：气化温度；气化压力；氧煤比；蒸汽煤比；气化炉结构。［3］石油、生物质气化条件全面借鉴煤炭气化的温度、压力、气化炉结构，根据不同的碳氢化合物（CxHyOz）的碳、氢、氧的元素比例，选择试验不同的像氧煤比（nO2）、蒸

7、汽煤比（mH2O3），使总体反应向有效气CO+H2含量高的方向进行。2.5生物质气化现状引进煤炭气化的经验生物质气化实质上是可行的，但由于生物质的分散性、能量密度低、气化方法和条件选择不对，一直未能形成商业化。目前生物质气化发展主要障碍有：经济性；技术上焦油（焦油种类达200之多）污染解决不了。［4］2.6石油气化的经济性和可行性由于历史的沿革，人们对石油精炼的研究很执着，很少有人创造性地思考石油气化，其实石油气化是既经济又可行的。2.6.1石油气化的经济性根据目的产品不同，炼油厂的原油加工方案大体上分为燃料型、燃料

8、—润滑油型、燃料—化工型三种基本类型。典型炼油厂加工方案如图1所示，石油精炼要比石油气化复杂繁琐得多。图1：石油精炼流程图图2：碳的同素异型体石油通过气化、酸性气体脱除、分离、提纯四个流程制备氢气和一氧化碳气体。能气化部分水得到氢能源。产品单一,直接利用氢气和一氧化碳,与燃油相比，二氧化碳减量集中排放，减排SO2、NOx等污染物。从技术、产品利