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氢燃料车的氢气来源广 不是只有电解水

2018年01月11日 来源:卡车之家 作者:管冠强
2018年伊始,新能源汽车就带着“补贴”和“技术”等话题,走进了人们的视野。氢燃料汽车作为现阶段最实用的未来车型当然也成为了行业关注的焦点,虽然氢燃料电池车的前景非常广阔,但是通往未来之路还有几大门槛。
氢燃料电池车

加氢站少、加氢困难由相关部门负责,为用户“操心”,不过氢气价格却是与用户息息相关的,毕竟氢燃料汽车要想走进寻常百姓家,实现商业化,在一定程度上取决于氢气的价格——也就是原材料的可取性和制取的可行性。所以,今天我们就来浅析工业制取氢气的方法以及可行性。

化石燃料制氢

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一般用于制取氢气的化石燃料为天然气。天然气制氢的过程是:在一定的压力和高温及催化剂作用下,天然气中烷烃和水蒸汽发生化学反应。转化气经过沸锅换热、进人变换炉使C0变换成H2和CO2。再经过换热、冷凝、汽水分离,通过程序控制将气体依序通过装有3种特定吸附剂的吸附塔,由变压吸附(PSA)升压吸附N2、CO、CH4、CO2,提取产品氢气。

化石燃料制氢是比较传统的制氢方法,也是制氢的老工艺,但仍然离不开对化石燃料的依赖,并且会排出二氧化碳等温室气体,导致燃料电池环保价值降低。并且天然气已经在内燃机上应用比较成熟,天然气车相比传统燃油车也是相对比较环保,把天然气转换氢气,再用于汽车用,不但增加成本,对环境的贡献也不是非常明显。

焦炉气制氢

焦炉气制氢技术是采用变压吸附的工艺,从炼焦行业副产的焦炉气中提取纯氢。

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焦炉煤气变压吸附制氢的工艺流程简叙如下:焦炉煤气经煤气加压机将压力升到吸附所需的压力,再经过冷却系统使煤气的温度达到吸附所要求的温度,焦炉煤气中的重烃杂质(如焦油、苯和萘等)将在预吸附系统中被吸附,初步净化的焦炉煤气再经吸附系统进行杂质吸附,吸附系统由若干台吸附器组成,吸附压力大约控制在0.65-0.8MPa,从吸附器中出来比较纯净的氢气,再经脱氧器和干燥器除去氧和水,产品氢气的纯度可达99.998%以上,而传统的水电解制氢的纯度只能达到99.8%。

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焦炉气是炼焦行业的副产品。我国是钢铁大国,焦炉气中的氢气含量较大,发展氢能汽车,可以带动焦炉气提纯工业发展,并且也能够增加氢燃料的储备,如果做好废气的回收处理工作,焦炉气制氢的发展前景还是比较广阔的。

电解水制氢

水电解的热化学方程式如下:

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化学上电解水制取氢气是通过电解饱和强电解质溶液(一般为饱和食盐水)实现的,此反应为吸热反应。此方程式也是工业和实验室制取氢气的化学原理,制取条件有碱性条件和酸性条件。

电解水的技术相对成熟,效率高,过程也比较简单,可以利用太阳能、风能等自然能量为电解水提供能量,是业界比较看好的制取方法之一,在成本得到有效控制后,相信电解水制氢会成为最为“环境友好”的方法。

甲醇裂解制氢

甲醇和脱盐水按一定比例混合后经换热器预热后送入汽化塔,汽化后的水甲醇蒸汽经锅热器过热后进入转化器在催化剂床层进行催化裂解和变换反应,产出转化气含约74%氢气和24%二氧化碳,经换热、冷却冷凝后进入水洗吸收塔,塔釜收集未转化完的甲醇和水供循环使用,塔项气送变压吸附装置提纯。

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根据对产品气纯度和微量杂质组分的不同要求,采用四塔或四塔以上流程,纯度可达到99.9~99.999%,其氢气回收率可达90%以上。

转化气中二氧化碳可用变压吸附装置提纯到食品级,用于饮料及酒类行业。这样可大大降低生产成本。流程设置先经变压吸附装置分离二氧化碳后,富含氢气的转化气经加压送入变压吸附装置提纯。

甲醇裂解制氢的工艺投资成本低,原料可获得性比较高,对环境也不会造成较大压力,也是具有可行性的工艺手段。

近年来,由于化工、冶金、生物等行业的发展,对纯氢的需求量增加,并且在国家战略的号召下,氢燃料汽车的发展也对氢气提出了较高的需求量,生气生产规模化成了多行业关注的焦点。

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甲醇裂解制氢

天然气制氢和焦炉气制氢均适用于大规模制氢,但都受限于原料的供应,并且具有污染性,并且天然气制氢,依然需要化石燃料作为原料;焦炉气制氢利用的是炼焦的副产物,污染物的回收也是工业企业需要解决的问题;甲醇裂解制氢作为原料可以更为灵活,但甲醇裂解制氢难以进行大规模的生产。工业中多种制氢方案告诉我们一个信息,氢气的制取,会因地制宜采取多样化的工艺流程,而不像柴油和汽油的来源只有石油。

随着国家相关环保战略的持续推进,电动汽车和氢燃料汽车等新能源车势必会发展为主力交通工具,而氢燃料汽车以其环境友好、续航里程长等优点更是未来汽车的有力竞争者,随着氢气制取工艺的成熟和技术的进步,“氢气要怎么来”这个问题会得到妥善解决。

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