从汽车到船舶,从工厂到家庭,氢能出现在社会生产生活各个方面,不少大型城市开始兴建加氢站等基础设施,氢能源技术与产业得到大规模推广。作为氢能生产大国和使用大国,有力推动氢能发展。在交通领域,2022年我国氢能源汽车保有量突破万辆,预计到2025年有望增至10万辆。在旺盛的需求引导下,绿氢制取的成本降低。目前,绿氢主要通过电解水来制取,成本的80%来自电解过程的能耗。根据工作原理、温度以及所用电解池材料的不同,电解水制氢可分为碱性电解水、质子交换膜电解水、高温固体氧化物电解水3类。碱性电解水技术成熟度较高,具有成本优势,是现有大规模绿氢工程项目的主要方案。质子交换膜电解水技术效率高于碱性电解水,系统集成简单,但需要使用贵金属铂、铱等作为催化剂,目前设备成本约为碱性电解水的3倍,未来需通过新型催化剂的开发和膜电极制备技术的发展提升性价比。高温固体氧化物电解水技术,则是在500—800摄氏度高温下,将电能和热能转化为化学能(氢能),氢气被分离出来,被认为是理论效率的电解水制氢技术。综合来看,发展新型电解质材料、提高关键材料寿命、优化工作温度成为电解制氢技术的发展方向。氢能因其大规模和长期的应用优势,在终端能源需求中的潜在占比预计可达15%至20%。湖北小型天然气制氢设备
元素储量丰富,来源广,能够满足大规模应用需求。氢占宇宙质量的75%,也是地球的重要组成元素之一。氢气可以通过水电解、化石燃料重整等方法制取,氯碱、焦化、冶金等工业企业也有大量副产氢气。特别是基于可再生能源发电耦合电解水制取氢气,实现了全生命周期的绿色清洁,是可再生能源实现大规模应用的关键路径之一。氢的运输手段也十分灵活,既可以通过的交通工具如氢气运输车、氢气船等进行运输,也可以通过专门的输氢管道进行长距离输送。此外,氢气还可以以一定比例掺入现有的天然气管道,通过在管道下游分离出氢气的形式进行输送。这种方式不仅可以利用现有的基础设施,降低运输成本,还能够在一定程度上天然气资源紧张的问题。河北新型天然气制氢设备天然气制氢设备找苏州科瑞工程。
氢元素并不等于氢能源。从人类利用氢能的广义角度来看,太阳质量的72%是氢,它几十亿年来通过持续不断的热核聚变,把氢中的能量转换成光能,源源不断地送达地球,驱动地球上的物质循环与能量循环,孕育了地球上的生命。而我们日常生产生活中用到的氢能,主要是氢和氧进行化学反应释放出的化学能。数百年来,人类从未停止对低能耗、低成本氢能制取技术的探索。因为地球上的氢元素只占地球总质量的,其中氢单质,也就是氢分子的赋存更是极其稀少,所以人类无法像勘探开采石油和煤炭那样轻易找到“氢矿”,而要通过科技手段来制取氢气。19世纪后,氢燃料动力火箭把人类带入瑰丽的太空,氢燃料电池技术的出现则让“氢—电”直接转换成为可能。科学家仍在努力将地球上的太阳能、风能、海洋能等可再生能源,再度转化为氢这一清洁、高密度的能源形式。
变压吸附有如下特点;产品纯度高;一般可在室温和不高的压力下工作,床层再生时不用加热,节能经济;设备简单,操作、维护简便;连续循环操作,可完全达到自动化。任何一种吸附对于同一被吸附气体(吸附质》来说,在吸附平衡情况下,温度越低,压力越高,吸附量越大。因此,气体的吸附分离方法,通常采用变温吸附或变压吸附两种循环过程。如果压力不变,在常温或低温的情况下吸附,用高温解吸的方法,称为变温吸附《简称TSA)。显然,变温吸附是通过改变温度来进行吸附和解吸的。变温吸附操作是在低温(常温)吸附等温线和高温吸附等温线之间的垂线进行,由于吸附剂的比热容较大,热导率(导热系数)较小,升温和降温都需要较长的时间,操作上比较麻烦,因此变温吸附主要用于含吸附质较少的气体净化方面。如果温度不变,在加压的情况下吸附,用减压(抽真空)或常压解吸的方法,称为变压吸附。可见,变压吸附是通过改变压力来吸附和解吸的。从变压吸附(PSA)工序来的氢气是含有少量氧气的粗氢气,纯度尚达不到要求,需净化。 煤气化制氢:成本较低,但面临焦炭供给减少的影响。
阴离子交换膜电解水技术(AEM):能够生产低成本的氢气,需突破关键材料技术限制。电解槽结构类似于PEM电解槽,主要由阴离子交换膜、过渡金属催化电极极板、气体扩散层和垫片等组成,常使用纯水或低浓度碱溶液作为电解质。阴离子交换膜可以传导氢氧根离子,并阻隔气体和电子直接在电极间传递。AEM电解水技术工作原理为,水从阳极过阴离子交换膜到阴极,接受电子产生氢气和氢氧根离子,氢氧根离子穿过阴离子交换膜到阳极,释放电子生成氧气。氢氧根穿过阴离子交换膜回到阳极并放出电子产生氧气,氧气随后通过气体扩散层与电解液一起流出。AEM电解水技术使用廉价的非贵金属催化剂和碳氢膜,具有成本低、电流密度较大等,并且可以与可再生能源耦合。目前AEM技术还处于研发阶段,发展程度将取决于催化剂、聚合物膜、膜电极等关键材料技术的突破情况。活性氧化铝类属于对水有强亲和力的固体,一般采用三水合铝或三水铝矿的热脱水或热活化法制备。湖北小型天然气制氢设备
。氢气需要压缩到可用的空间中,以存储足够的量,来满足车辆的工作循环要求。湖北小型天然气制氢设备
焦炉煤气副产氢焦炉煤气是焦炭生产过程中的副产品,通常生产1t焦炭可副产380-420m3的焦炉气,焦炉煤气的组成见下表,氢气体积分数约为54-59%。变压吸附(PSA)氢气回收率为75-90%。根据2019年***焦炭产量,2019年焦炉煤气副产的氢气产量约为880万吨,占氢气总产量的38%。焦炉煤气副产的氢气约55%将继续被焦化厂或钢厂自用,45%对外销售。焦炉煤气制氢技术成本较低,如果考虑焦炉煤气外购成本,焦炉煤气制氢工艺成本为。如果不考虑焦炉煤气外购成本,则氢气产品的平均成本为。原材料焦炉煤气的成本占总成本的80%,焦炉煤气价格越氢成本优势越明显。如果从煤焦化过程开始分析制氢成本,苯、煤焦油、焦炭和氢四种产品进行成本分摊,氢气产品在总产出中的价值占比为,制氢成本为。焦炉煤气制氢既能实现的资源回收利用,又能弥补能源供应缺口,有助于形成良好的循环经济产业链。 湖北小型天然气制氢设备
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