制氢技术与工艺课件：煤制氢.pptx

煤制氢

01煤的组成

02煤焦化制氢

03煤气化制氢工艺

煤制氢技术发展现状

目录04

CONTENTS

05电解煤水制氢

06煤制氢技术的优缺点

07煤制氢技术的经济性

01煤的组成

煤的组成

煤的化学组成很复杂，包括有机质和无机质。煤的有机质主要成分是碳，其次是氢，还有氧、氮和硫等

元素组成，其中碳和氢两种元素是煤炭中利用价值最高的成分，比例也最大。其中，碳含量随着煤化程度加

深而不断地增加，氢和氧的含量则趋于减少，氮含量的变化一般是略为减少，但其规律不甚明显。我国煤的

碳、氢含量的变化范围如表格所示。煤中的无机质主要由硅、铝、铁、钙、镁等组成，在煤炭利用过程中，

通常以副产化合物形式出现。

煤的组成

通常来说，煤的分子结构的

基本单元是大分子芳香族稠环化

合物的六碳环平面网格在大分子

稠环周围，连接许多烃类的侧链

结构、氧键和各种官能团。煤的

分子结构模型如图所示。从图中

可以看出，平均3~5个芳环或氢

化芳环单位由较短的脂链和醚键

相连，形成大分子的聚集体。小

分子镶嵌于聚集体空洞或者空穴

中，可以通过溶剂抽提溶解出来。

02煤焦化制氢

煤焦化制氢

煤的炼焦过程是指煤在隔绝空气条件下，在焦炉内

经过高温干馏(1000℃左右)转化为焦炭、焦炉煤气和化

学产品的工艺过程。在焦化过程中，煤经过干燥、预热、

软化、膨胀、熔融、固化和收缩而被炼制成焦炭，并释

放出焦炉煤气。焦炉煤气组成中含氢55%~60%(体积分

数，后同)、甲烷23%~27%、一氧化碳6%~8%以及少

量其他气体。一般1t干煤可制0.65~0.75t焦炭，副产

300~420m焦炉煤气，焦炉煤气可经净化后作为城市煤

气，也可作为制取氢气的原料，通过变压吸附即可得到

纯度很高的氢气。

焦炉及其附属机械

03煤气化制氢工艺

煤气化制氢原理

煤气化制氢工艺流程

在煤气化炉中，煤料(包括煤、半焦或焦炭等)和气化剂(氧气、水蒸气等)发生作用生成含有H2、CO、CO2，

以及其他含硫气体的粗煤气。粗煤气经过脱硫净化之后，进入CO变换器与水蒸气发生反应，产生H2和CO2。

最后是H₂提纯过程，先采用湿法(低温甲醇洗、氨水或者乙醇胺等)或者干法(碱性氧化物、纳米碳吸附、变压

吸附等)将CO₂脱除，然后采用变压吸附技术将H纯度提高到99.9%以上。

传统煤气化制氢工艺流程

固定床气化技术

在固定床气化工艺的气化过程中，煤由气化炉顶部加气化剂

由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触。

相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视

为固定不动，因此称为固定床。

固定床气化形式多样，通常按照压力等级可分为常压和加压

两种。

常压固定床气化加压固定床气化

AB

流化床气化技术

流化床气化是煤颗粒床层在人炉气化剂的作

用下，呈现流态化状态，并完成气化反应的过程。

流化床气化以粒度为0.5~5mm的小颗粒煤(碎煤)

为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上

升的气流中，煤粒在沸腾状态下进行气化反应，

使得煤料层内温度均匀，易于控制，从而提高气

化效率。同时，反应温度一般低于煤灰熔融性软

化温度(900~1050°C)。当气流速度较高时，整

个床层就会像液体一样形成明显的界面，煤粒与

流体之间的摩擦力和它本身的重力相平衡，这时

的床层状态叫流化床。

气流床气化技术

这是一种并流气化，可用气化剂将颗粒度为

100um以下的煤粉带人气化炉内(于法进料)，也可

以将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打人气化炉内(湿

法进料)。煤料在高于其煤灰熔融性软化温度下与气

化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出

气化炉。当气体速度大于煤粒的终端速度时，煤粒不

能再维持层状，因而随气流一起向上流动。这种床属

于气流夹带床或者气流输送床，称为气流床。

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