|
氢气是一种清洁二次能源，有取代化石燃料的趋势，氢燃料燃烧无碳排放，是实现“碳中和”终极方案。我们想要利用氢这种十分理想的清洁能源，必须先行开发大量的氢源。目前制氢的方法主要有电解水制氢、化石燃料（如煤炭、石油及天然气等）制氢、生物质（采取可通过气化和微生物制氢）制氢以及煤化工生产副产品氢气利用（如焦化生产副产品焦炉煤气中含有氢气和氨气，可利用氨气生产液氨，将液氨作为制氢原料等）。水电解制氢能耗高，一般每立方米氢气耗电量为4.5～5.5KW·h（采用固体高分子离子交换膜为电解质，高温高压电解工艺），再加上当前我国电能大多是由化石（煤炭、天然气等）能源转换生产排放大量CO2，生产绿电量少，因此大规模电解水制氢工业应用受到一定的限制。化石燃料（煤炭气化、天然气及石油）制氢属高能耗、高碳及污染物排放“两高”行业，已被遏制盲目发展，再由于化石能源直接制取氢气（称之为灰氢）生产成本较高，其应用受到限制。在当前还未实现大工业规模应用绿电（如水能、核能、太阳能、风能及海洋能等）电解水制氢（称之为绿氢）的背景下，国家相关部门倡导助力优先发展煤化工等企业综合利用含有氢气的副产品制（提）氢。为此，笔者就利用焦化企业焦炉煤气净化生产副产品液氨作原料制取氢气的产量作一估算，与同仁交流。 焦化企业炼焦生产中荒焦炉煤气含氨量约8～16g/立方米，经煤气净化初冷后煤气中含氨量一般在6～8g/立方米。目前国内主要有两种吸收利用焦炉煤气中氨的生产方法，一是用硫酸吸收煤气中氨制取硫铵，二是用磷酸吸收煤气中氨制取液氨（或称无水氨）。液氨为无色液体，密度为0.771g/cm3，熔点为—77.7℃，沸点为一33.5℃，贮存于压力为2MPa的压力容器中，分子式NH3 ，相对分子质量 17.3（按2011年国际相对原子量），国标GB/T536一2017《液体无水氨》优等品含氨量≥99.9% 。磷酸吸氨法又称弗萨姆（Phosam）法，全部生产工艺过程由吸收、解吸和精馏等三大工序组成。每生产1吨液氨产品消耗纯磷酸7.5公斤；纯氢氧化钠10公斤；电0.22kw.h，比硫酸铵法少耗电60%。但弗萨姆法生产液体无水氨产品耗蒸汽量较大，每生产1吨液氨产品需消耗蒸汽（1.8MPa）约10吨左右。液氨生产所消耗的蒸汽，可由本企业生产过程中余热余气利用产生的蒸汽供给。 据有关报道，利用液氨作原料制取氢气，生产消耗能源仅是电解水制氢的三分之一。液氨制氢的化学反应式如下： 2NH3→N2＋3H2 现将年产1000万吨焦炭能力焦化企业，焦炉煤气综合利用获得副产品液氨作制氢原料，估计出氢气产品产量。 1、基础数据 （1）吨焦耗干煤1.33吨； （2）吨干煤产生煤气330标立方米； （3）氨吸收塔入口煤气含氨量10g/立方米（包括剩余氨水蒸馏含氨）； （4）氨吸收塔出口煤气含氨量0.05～0.1g/立方米; （5）精馏塔氨收率99.5%； （6）由以上化学反应式知，在标准状态下，1kg液氨完全分解能产生2.64标立方米氢氮混合气体，其中含氢占75%，含氮占25%，计算得出氢气为1.98立方米。 2、估算得出液氨产量为3.87万吨。 3、估算得出氢气产量为7662.6万立方米。若将氢气直接掺混入城镇居民用天然气管网，这样城镇居民使用含有氢气的天然气作燃烧燃料，能替代纯天然气2320万立方米，减少排放CO2约4.64万吨。 *作者简介 1985一，男，助理工程师，硕士，武汉科技大学毕业，现任江西萍乡弘源煤化有限公司生产部部长。 |
|
|
