隨著能源緊張及環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，攻克煤層氣開(kāi)發(fā)利用技術(shù)成為我國(guó)一項(xiàng)重大科研戰(zhàn)略。記者近日從國(guó)家科技部高新司了解到，西南化工研究設(shè)計(jì)院承擔(dān)的國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目——煤層氣自熱轉(zhuǎn)化制氫關(guān)鍵技術(shù)已取得突破。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)工業(yè)化后，既可為氫用戶提供廉價(jià)的氫源，又能解決煤層氣排放所造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問(wèn)題。
煤層氣可作優(yōu)質(zhì)制氫原料
煤層氣是富含甲烷的氣體，也是一種清潔燃料。為保證煤礦的安全生產(chǎn)，目前我國(guó)煤層氣大量由井下抽采。由于抽采技術(shù)所限，煤層氣濃度約為30%～60%，作民用燃料受限，發(fā)電效率較低，因此大都被排入大氣。這不僅浪費(fèi)了資源，還污染了環(huán)境。
西南院有關(guān)專家?guī)啄昵敖?jīng)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算提出，煤層氣中的甲烷是一種優(yōu)良的制氫原料，可將煤層氣轉(zhuǎn)化為氫氣產(chǎn)品，即利用煤層氣中氧與甲烷的燃燒反應(yīng)熱，使甲烷與水蒸氣發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，得到含氫、一氧化碳、二氧化碳和氮的混合氣，然后通過(guò)變壓吸附法一次除去所有雜質(zhì)而得到純氫。該技術(shù)路線的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)化催化劑的研發(fā)。
針對(duì)不同甲烷濃度開(kāi)發(fā)制氫工藝
在煤層氣組成中，甲烷濃度與氧濃度之和為定數(shù)，即甲烷濃度愈低則氧濃度愈高，反之，甲烷濃度高則氧濃度就低。
專家介紹，當(dāng)煤層氣甲烷濃度低時(shí)，由于氧濃度相對(duì)較高，提供的燃燒熱可使甲烷的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%以上。反之，甲烷濃度高時(shí)，氧濃度低，提供的燃燒熱較少，甲烷的轉(zhuǎn)化率僅30%左右。此時(shí)需提供外熱進(jìn)一步進(jìn)行甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，使其甲烷轉(zhuǎn)化率達(dá)95%以上。為了得到更多的氫氣，還可以將一氧化碳(CO)變換成氫氣。所以，對(duì)不同甲烷濃度的煤層氣就要用不同的制氫工藝組合。
當(dāng)煤層氣中的甲烷濃度為30%左右時(shí)，其工藝組合可以為：自熱轉(zhuǎn)化后，經(jīng)變壓吸附制得純氫產(chǎn)品，或自熱轉(zhuǎn)化后，通過(guò)CO變換，再經(jīng)變壓吸附制得純度為99%～99.9%的純氫產(chǎn)品。
當(dāng)煤層氣中的甲烷濃度高于40%時(shí)，其工藝組合可以為：自熱預(yù)轉(zhuǎn)化后，經(jīng)甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化，通過(guò)變壓吸附制得純氫產(chǎn)品；或自熱預(yù)轉(zhuǎn)化，經(jīng)甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化，通過(guò)CO變換和變壓吸附制得純度為99%～99.9%的純氫產(chǎn)品。
記者發(fā)現(xiàn)，煤層氣制氫技術(shù)路線中，蒸汽轉(zhuǎn)化和變換反應(yīng)都是成熟工藝，最關(guān)鍵的是自熱轉(zhuǎn)化催化劑的研發(fā)。近年來(lái)，西南院組織精兵強(qiáng)將，通過(guò)多次工藝試驗(yàn)，確定了催化劑配方，并完成了中試，通過(guò)不同溫度、壓力試驗(yàn)，得到了催化劑的最佳工藝條件。經(jīng)測(cè)試，催化劑的活性、穩(wěn)定性、壽命等均達(dá)到要求。
資源利用環(huán)境治理一舉兩得
專家認(rèn)為，從環(huán)境保護(hù)和發(fā)展氫能源來(lái)看，煤層氣自熱轉(zhuǎn)化制氫都十分有利。井下抽采的煤層氣價(jià)格遠(yuǎn)低于同熱值的天然氣價(jià)格，所以煤層氣制氫成本與天然氣制氫成本相比低35%。
此外，氫氣是重要的工業(yè)氣體，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電子、食品、機(jī)械、輕工、能源等行業(yè)。此外，煤直接液化制油、氫燃料電池等也需大量應(yīng)用氫氣。
制氫的主要原料有天然氣、煤、輕油以及各種含氫混合氣，也可由水電解制得。專家分析，用含中等甲烷濃度的煤層氣制氫既可為氫用戶提供廉價(jià)的氫源，也能解決煤層氣排放所造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問(wèn)題。
煤層氣可作優(yōu)質(zhì)制氫原料
煤層氣是富含甲烷的氣體，也是一種清潔燃料。為保證煤礦的安全生產(chǎn)，目前我國(guó)煤層氣大量由井下抽采。由于抽采技術(shù)所限，煤層氣濃度約為30%～60%，作民用燃料受限，發(fā)電效率較低，因此大都被排入大氣。這不僅浪費(fèi)了資源，還污染了環(huán)境。
西南院有關(guān)專家?guī)啄昵敖?jīng)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算提出，煤層氣中的甲烷是一種優(yōu)良的制氫原料，可將煤層氣轉(zhuǎn)化為氫氣產(chǎn)品，即利用煤層氣中氧與甲烷的燃燒反應(yīng)熱，使甲烷與水蒸氣發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，得到含氫、一氧化碳、二氧化碳和氮的混合氣，然后通過(guò)變壓吸附法一次除去所有雜質(zhì)而得到純氫。該技術(shù)路線的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)化催化劑的研發(fā)。
針對(duì)不同甲烷濃度開(kāi)發(fā)制氫工藝
在煤層氣組成中，甲烷濃度與氧濃度之和為定數(shù)，即甲烷濃度愈低則氧濃度愈高，反之，甲烷濃度高則氧濃度就低。
專家介紹，當(dāng)煤層氣甲烷濃度低時(shí)，由于氧濃度相對(duì)較高，提供的燃燒熱可使甲烷的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%以上。反之，甲烷濃度高時(shí)，氧濃度低，提供的燃燒熱較少，甲烷的轉(zhuǎn)化率僅30%左右。此時(shí)需提供外熱進(jìn)一步進(jìn)行甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，使其甲烷轉(zhuǎn)化率達(dá)95%以上。為了得到更多的氫氣，還可以將一氧化碳(CO)變換成氫氣。所以，對(duì)不同甲烷濃度的煤層氣就要用不同的制氫工藝組合。
當(dāng)煤層氣中的甲烷濃度為30%左右時(shí)，其工藝組合可以為：自熱轉(zhuǎn)化后，經(jīng)變壓吸附制得純氫產(chǎn)品，或自熱轉(zhuǎn)化后，通過(guò)CO變換，再經(jīng)變壓吸附制得純度為99%～99.9%的純氫產(chǎn)品。
當(dāng)煤層氣中的甲烷濃度高于40%時(shí)，其工藝組合可以為：自熱預(yù)轉(zhuǎn)化后，經(jīng)甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化，通過(guò)變壓吸附制得純氫產(chǎn)品；或自熱預(yù)轉(zhuǎn)化，經(jīng)甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化，通過(guò)CO變換和變壓吸附制得純度為99%～99.9%的純氫產(chǎn)品。
記者發(fā)現(xiàn)，煤層氣制氫技術(shù)路線中，蒸汽轉(zhuǎn)化和變換反應(yīng)都是成熟工藝，最關(guān)鍵的是自熱轉(zhuǎn)化催化劑的研發(fā)。近年來(lái)，西南院組織精兵強(qiáng)將，通過(guò)多次工藝試驗(yàn)，確定了催化劑配方，并完成了中試，通過(guò)不同溫度、壓力試驗(yàn)，得到了催化劑的最佳工藝條件。經(jīng)測(cè)試，催化劑的活性、穩(wěn)定性、壽命等均達(dá)到要求。
資源利用環(huán)境治理一舉兩得
專家認(rèn)為，從環(huán)境保護(hù)和發(fā)展氫能源來(lái)看，煤層氣自熱轉(zhuǎn)化制氫都十分有利。井下抽采的煤層氣價(jià)格遠(yuǎn)低于同熱值的天然氣價(jià)格，所以煤層氣制氫成本與天然氣制氫成本相比低35%。
此外，氫氣是重要的工業(yè)氣體，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電子、食品、機(jī)械、輕工、能源等行業(yè)。此外，煤直接液化制油、氫燃料電池等也需大量應(yīng)用氫氣。
制氫的主要原料有天然氣、煤、輕油以及各種含氫混合氣，也可由水電解制得。專家分析，用含中等甲烷濃度的煤層氣制氫既可為氫用戶提供廉價(jià)的氫源，也能解決煤層氣排放所造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問(wèn)題。
