中国氢气的生产与应用.doc

            中国氢气的生产和应用 1.前言 氢是公认的最洁净的燃料，也是重要的化工合成原料。但它不是一次能源，它是要从一次能源通过转换生产出来的能量载体。它又是一种气体燃料，在输送分配方面相对地存在着一定困难。中国又是一个以煤为主要一次能源的国家，所以，就要应用"环境、能效、经济"的生命周期研究方法，结合国情和地区的实际，用系统工程的眼光来全面地评估中国氢的生产和应用；要结合地区的实际，选择先进的技术，合理的方法来生产和应用氢，以获得最大的经济和环境效益。 出于此目的，我在这里对目前中国氢气的生产和应用的状况进行初步剖析，并对今后的发展提出很粗浅的看法，供大家研讨。 2.中国生产氢气和利用氢的基本状况： 1.氢的主要生产方法 目前氢气主要是作为一种中间产品而生产的。它是进一步化工合成加氢的重要原料。它主要是由化石能源天然气(CH4)、原油(烃)和煤作为原料和水蒸汽在高温下重整、气化或烃类部分氧化转化生成。在转化过程中，化石能源中的碳首先变为CO(或CO2)。为了多得到氢，又通过水汽变换反应CO+H2O=H2+CO2,把把CO进一步转化为CO2。所以，由化石能制氢就会排放CO2。其CO2排放量：煤油天然气，这是由原料的碳氢比所决定的。氢也可由电解水(盐水)生产，但这是一种较昂贵的方法，一般是在特殊的生产目的下的副产品，例如氯碱工业；或是为了获得特殊需要的氢(如火箭燃料)。电解法制氢只有在利用水电或太阳能光解水时，才可以说是合理的。炼油厂和一些化工过程也会副产一些氢气，但这些都不是最主要的生产氢的方法。 2.氢的利用 在中国氢主要是作为化工合成的中间产品或原料，目前在中国氢作为直接产品或燃料的量是较少的。当前在中国氢是较贵和较缺的(相对于其他国家来说)，主要是因为我国一次能源是以煤为主，煤比石油，天然气含氢量少，制氢过程就需要用更多的蒸汽，要消耗较多的能量。氢最大量的用处是在合成氨，世界上~60%的氢是用在合成氨上(~6 1012立方英尺)中国的比例更高。下一节将具体列出中国合成氨的产量和以煤、天然气和轻油为原料的比例。 为了改善环境的要求，目前对汽、柴油的质量要求在不断提高，炼油过程的加氢裂化和加氢精制过程，也需要应用大量的氢气，炼油厂重整等过程副产的氢气是远不够用的。有加氢裂化和加氢精制装置的厂，都需另加轻油蒸汽重整(或部分氧化)的制氢装置。 另一项较大量的氢气用处是利用合成气(CO/H2)合成甲醇。在一些技术发达的国家，甲醇主要是用来生产MTBE作为汽油的添加剂。在中国由于C4烯烃的量有限，合成MTBE消耗甲醇量的比例不是很高。甲醇既是重要的化工原料，本身也是一种很好的发动机燃料。因此，甲醇是最重要的C1化工产品。开辟甲醇的应用范围和其下游产品，将对优化利用化石能源起到重要作用。 一碳化工过程将是利用氢气(合成气H2/CO)的重要方面。例如OXO反应可以从烯烃生产醛和进一步加氢生产醇(重要的增塑剂)。从合成气也可直接或间接合成液体燃料、烯烃和其他重要的含氧化合物(除了甲醇以外的其他醇、醋酸、醋酐、二甲醚、甲酸、甲酸甲酯等等)。 氢气也是其他有机化合物加氢过程的原料。煤的直接液化过程就需要大量的氢作为中间原料。煤的间接液化(F-T合成)、甲烷化反应，也都需要大量的氢气。 液氢是中国火箭推进的主要燃料。 由于燃料电池技术新的发展，氢气作为燃料电池的燃料，展现了极广泛的和潜在的市场。如何从规划及技术上准备和迎接这一必然要到来的发展，将是一项极为重大的事情。 3.中国氢气生产和应用的一些具体数字和分析 (1)化肥生产中氢的生产利用 表一合成氨产量(万吨) 厂型19931994199519961997 大型510.0549.3604.3 中型459.0665.6840.5 小型1237.61227.31319.5 合计2206.62442.22764.82710略减 1995年中国化肥生产达历史最好水平，全国生产化肥2481.1万吨(折纯)其中氮肥1857.3万吨；磷肥601.5万吨；钾肥22.3万吨。由于进口化肥的影响，1996、1997年产量略减。 由表二可见，氮肥中主要是尿素和碳酸氢铵(小型厂生产为主)。尿素和碳酸氢铵的生产过程，都可以部分(50%左右)回收利用造气过程所产生的CO2，中国在生产化肥的过程，历来都是比较重视CO2的回收利用的。 由中国合成氨的生产量，我们可以粗略估计出，用在~27 106t/a合成氨上的氢量，约在5 106t/a。 表三给出了中国不同原料合成氨产品的构成；表四给出了中国氮肥生产一次能源成。从表中可见，目前以煤和焦炭为原料占了大部分，天然气只占18.6%左右。氮肥行业1995年消耗天然气量为52.6亿立方米，主要集中在一些年产量急30万吨合成氨的大型厂。 表二1995年氮肥品种的构成(万吨) 品种产量占化肥总产