• 設為首頁
  • 加入收藏
當前位置>首頁>管理與技術
氯堿企業副產氫氣用于氫燃料電池現狀及前景分析
來源:山西省煤化工發展促進中心
時間:2019/9/17

氯堿企業副產氫氣用于氫燃料電池現狀及前景分析

進入新世紀,國內化工技術水平發展迅速,社會各界對能源的環保程度尤為重視。在這樣的背景下,氫能源成為了全球能源發展與節能減排的最終目標。氫能源具有五大特點:一是應用廣泛;二是能量轉化效率極高;三是蘊含大密度能量;四是節能環保;五是全球儲量豐富。氫能源是近年來全球大力推行的一種新型清潔能源,在能源應用領域中,更是受到社會各界的青睞。在應用方面,當前以氫燃料技術為基礎的氫燃料電池逐漸得到了國人的關注,尤其在新能源汽車的應用領域中,有著廣闊的發展空間。在未來,氫能源基礎設施逐漸完善后氫能源產品的應用范圍空間會更大,普及度會更高,這也就對國內氯堿企業的發展速度與技術水平提出了更高的要求。通過調研來看,當前國內絕大多數氯堿企業只是單純進行主產品的生產經營,對生產過程中產生的氫氣利用率極低。除了用于鹽酸合成、生產部分化工產品及作為燃料外,有很大一部分直接排放,造成資源極大的浪費,無法發揮氫氣巨大的經濟效益。

     1氯堿企業副產氫氣利用現狀

     氯堿生產是對飽和氯化鈉溶液運用電解的方法來制取氫氣、氯氣與燒堿,并以此為生產原材料來進一步加工下游其他化學品。

     目前,氯堿行業雖然制氫的企業不在少數,技術 也逐漸成熟。但從調研數據顯示來看,國內氯堿企業的副產品空放率還居高不下,制氫工作還得不到生產企業的重視。2018年全國燒堿總產能4 259t,總產量3 420t,其中,氯堿企業每副產0025 t氫氣,大約需要生產lt燒堿來獲得。如果氫氣的空放率按30%來計算,2018年全年國內氯堿企業有不于25t的氫氣被浪費。而以每輛氫燃料電池車單日消耗5 kg氫氣的用量來看,被浪費掉的氫氣足夠7萬輛氫能源汽車行駛2年。

當前有效利用氫氣實現應用的途徑有以下幾個方面:一是通過氫能源的氫燃料電池技術來設立氫能發電廠;二是直接當做燃料來使用產生蒸汽;三是通過回收利用儲藏為高純壓縮氫氣進行銷售四是用于有機物與化工產品精細化工合成產業:五是用于石油加工行業中的石油加氫裂化環節;六是當做原料來生產合成氨。在這幾種應用途徑里,石油加工行業與制氨行業的需求量是最大的,但受投資大、效益低、下游產品少、無法形成有效產業鏈條等原因的影響,始終未能獲得相關企業的認可。從這種局面來看,全力發展氫能源電池技術,開拓氫電池汽車市場,是當前開發利用氫氣的有效途徑與方向。   

2、氫燃料電池的氫氣來源

氫燃料電池的氫氣來源氫氣可以通過許多能源中來制備獲取。當前的技術手段也十分成熟。從目前來看。制備來源依照環保要求與成本因素分析分為以下5種。

1化工原料制氫

  在化工原料制氫中,最常見的是利用甲醇.其主要有3種方式:甲醇部分氧化、蒸汽甲醇重整和甲醇裂解。甲醇裂解的方式受其原料充足與使用范圍寬泛的優勢。具有一定競爭力。甲醇裂解的制氫方式與石油、天然氣、水煤制氫等手段比較,其能源消耗更低,資本投入更少。而和水電解法制氫的方式對比,其制氫的單耗成本更低。但在成本方面與氯堿制氫的方式相比,高出約50

   (2 ) 石油資源制氫  

  石油資源制氫的途徑中,主要分為天然氣與煤2種技術方法。煤制氫技術最主要的弊端就是碳排放量巨大,污染嚴重。天然氣制氫有4種方式,分別為絕熱式裂解催化、自發熱重整、部分氫化與水蒸氣重整。從成本上來說,天然氣的裂解制備技術方式的單位成本可以有效控制在9~17元/kg,和其他制備手段相比具有很大的優勢。但這種技術手段的實施需要單獨設立生產線,單獨配備人員,這就直接導致了制氫項目的前期資金投入十分巨大,嚴重影響生產企業的經濟效益,最終導致這種模式無法有效落地實施。  

3水電解法制氫  

水電解法制氫技術手段具有碳排放量低、污染小、能量轉化率高的優勢。尤其是在能量轉化率方面,其借助自然資資源,例如風力、潮汐能、水利設施等,轉化率可以突破70%,制氫效率極高。但這種制氫方式的單耗成本為27-40元/kg是這5制氫手段中成本最高的。造成這種高成本的原因主要受技術水平與電力的制約。在未來,隨著發電技術不斷成熟,技術不斷革新,水電解法這種模式解決成本的困擾,會成為主要的制氫技術手段。

    (4)水煤氣法制氫

    該方法在這5種制氫模式中適用的范圍最大;單耗成本也是最低,但水煤氣法制氫最大問題在于成品中的硫含量非常高。產生的二氧化碳數量十分巨大,給全球環保帶來嚴重的負面影響;另一方面,這種含硫較高的氫氣無法應用于氫燃料電池,會直接導致電池中的催化劑產生中毒反應。加入對水煤氣法制出的氫氣進行脫硫處理.那又會使成本上升很大一截。同時技術要求也會更加嚴格復雜。因此,這種方法可以有效制氫,但在節能環保的思想下,無法進一步實現應用。

  5)綠堿制氫

     這種方法最大的優勢在于節能環保,并且產出的氫氣純度高。從單耗成本上來看,這種工藝的制氫成本適中,但由于所產氫氣是副產品,綜合前期投入和綜合效益來看,成本具有一定優勢。而最重要的是,這種工藝與氫燃料電池的匹配度很高,可以有效實現應用。 通過對以上5種制氫工藝的分析可以看出目前制氫手段較為成熟,制氫技術種類多樣化,氫氣的供應量也可以滿足需求。但目前所缺少的是成本低、污染小的制氫辦法,從現在幾種方式來看,氯堿制氫的工藝最為可行,其兼具了環保、成本、純度、 產量等多方面的要求,是氫能源電池技術繼續規模化發展的主要原料。  

    3國內加氫站與氫燃料電池現狀及未來前景

    氫燃料電池是一種利用電解水的逆反應原理,將化學能轉化為電能的設備,原理過程具體分為3步:第一步是將氫供給到陽極,氧供給給陰極;第二步是電解質與擴散的氫產生反應;第三步釋放出電子,并通過負載輸送至陰極。這種電池充放電循環十分環保,廢棄物是純水,不附帶任何有毒物質。此類電池具有轉化率高、噪聲低、零污染的特點,發電效率超過80%。  

    這種新型電池最重要的應用為氫能源汽車。經過有效數據調研與相關機構的預測,到二十一世紀二十年代,國內的氫能源汽車保有量將突破一萬輛,總產值會接近3000億元,加氫站的總量會達到100個。而這三個數字在2030年左右分別會達到保有量200萬輛,總產值一萬億元,加氫站1000個。

另一方面,當前氫能源電池的發展也面臨著幾大難題:第一是氫氣產品的售價過高;第二是氫能源汽車的制造成本很高,消費者很難購買;第三是加氫站配套設施數量嚴重不足。但是在未來,這些問題會隨著技術的革新、國家的扶持、產業鏈的建立的措施一一解決,尤其是各類自然資源電力設施的不斷普及,氫能源電池的未來前景更加光明。


 

友情鏈接
福老时时在哪查