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天天爱彩票世界杯-甲醇制氢应用于燃料电池车的可行性及远景

作者:admin 发布时间:2019-05-09 16:17:29 浏览次数:181
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近年来,全球范围内动力局势发生了剧烈改变,动力开展趋向“高效化、清洁化、低碳化和智能化”,加速推动动力革新,削减环境污染是新时期人类面对的重要任务之一。

 

H2是一种清洁、高效、可继续的二次动力,被视为人类的“终极动力”,有着宽广的运用远景。早在20世纪70时代,氢经济的概念就被提出,其间心便是以氢作为燃料。近年来,跟着氢燃料电池技能的开展与前进,使得以H2作为动力的运用飞速开展。以H2作为燃料,经过氢燃料电池发电,可作为移动电源运用,也可用于驱动轿车、轮船、飞机等,其能量运用功率高,且无污染排放,遭到各国政府和闻名轿车制造商的高度重视。我国国务院国资委主任肖亚庆表明,开展氢能和燃料电池工业,事关我国动力开展战略,事关我国生态文明建造,事关我国战略性新式工业布局。

 

当时,氢能首要运用在新动力轿车范畴,即氢燃料电池车,国内外推出了多种演示车型,包含轿车、公交车、客车、箱式卡车等。氢燃料电池车的推行与运用是一个巨大的工业链,触及H2的制备、贮存与运送,加氢站的建造,以及氢燃料电池系统与整车的出产与集成等工业。每一个工业的开展与前进都将直接影响氢燃料电池轿车工业的开展,因而,需求各工业技能的快速开展以及彼此密切配合,才干促进氢燃料电池车快速、稳步地走向大规划运用。

 

据揭露资料显现,到2017年末,全球有328座运营的加氢站,我国仅有19座,估计2018年末将会有至少23座加氢站建成。虽然如此,比较氢燃料电池车的开展速度,加氢站的数量依然太少,严峻限制氢燃料电池车的推行与运用。清华大学教授、我国首个国家973氢能项目首席科学家毛宗强承受《21世纪经济报导》记者专访时曾提到,加氢站是限制我国氢燃料电池轿车开展的最首要要素。因而,加速加氢站的布局与建造,是推动氢燃料电池车开展的支撑和保证。

 

加氢站H2的来历与本钱对其建造与运营办法有重要的影响。H2的来历决议加氢站是站外供氢仍是站内供氢,H2的本钱直接影响加氢站的运营和氢燃料电池车的经济性。本文针对甲醇制氢运用于氢燃料电池车的可行性,从技能开展、经济性、节能、减排等方面进行了详细论述,以期为氢燃料电池的开展供给决议计划参阅。

 

1甲醇制氢技能与开展

 

1.1甲醇制氢技能

 

甲醇制氢技能包含甲醇裂解、甲醇水蒸气重整和甲醇部分氧化三类,详细见表1


 

甲醇裂解技能是一项老练的技能,在科研院所或工业上被广泛运用,通常是用来制备组成气,或经过进一步别离取得高纯COH2。甲醇水蒸气重整制氢技能,即以CH3OHH2O作为质料,在催化剂的作用下转化为H2CO2

 

该进程不只将CH3OH中的氢悉数转化为H2,一起将H2O中的氢也转化为H2,按此技能,甲醇储氢质量分数到达18.75%CH3OH重整产品经过进一步别离后即可得到纯H2,在工业上运用广泛,特别是在中小型用H2范畴,该技能处理了H2的运送和贮存费用高的难题,多年来开展很快。该技能的运用条件温文,产品成分少,易别离,制氢规划在10Nm3/h10000Nm3/h内均能完结,且产能可灵敏调整,因而,关于中小型用户来说,在现场制氢,现制现用,更经济更合理。跟着技能的不断前进,采纳甲醇水蒸气重整制氢的规划不断扩大,20187月山东寿光鲁清石化有限公司60000Nm3/h甲醇制氢设备投产,成为现在我国规划最大的甲醇制氢设备。

 

甲醇部分氧化制氢技能首要是经过甲醇的部分氧化完结系统自供热,大幅前进动力运用功率,以期进一步下降制氢本钱,被以为是最有研讨价值的制氢办法,现在仍处于开发中,没有完结工业化。

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在甲醇制氢三类技能中,以甲醇水蒸气重整制氢技能的H2含量最高,且技能老练,是当时甲醇制氢的最佳挑选。

 

1.2甲醇水蒸气重整制氢技能的研讨开展

 

甲醇水蒸气重整制氢技能是一项老练的技能,在工业上现已运用多年,与其相关的技能研讨也在不断前进。该技能的中心之一是催化剂,近年来在研讨上取得了较大的前进。在低温转化方面,中科院山西煤化所温晓东研讨员与北京大学马丁教授协作开发的Pt/-MoC150℃190℃范围内对甲醇水蒸气重整表现出较高的催化活性,为该技能低温转化研讨供给了有用的根底数据。

 

在催化剂方面,天天爱彩票世界杯-甲醇制氢应用于燃料电池车的可行性及远景众所周知,现有工业上运用的首要是Cu/Zn/Al催化剂,但是由于铜易烧结长大的特征,导致铜基催化剂简略失活,这也是当时催化剂存在的丧命缺点。作者试验室经过对现有技能及文献资料的剖析总结发现,现有的铜基催化剂在运用前均需进行预复原处理,但是在这个复原的进程中Cu就现已发生了烧结,导致催化剂未催化反响就丢失了部分活性。

 

据此,作者地点试验室提出了“缓释催化”的新技能,即反响前不进行预复原处理,活性中心在反响进程中逐步开释的催化进程。该技能的中心是规划制备新式缓释催化资料,使其具有不同的复原功能。依据此技能,以CuAl2O4作为催化剂,大幅前进了铜基催化剂的功能,如图1所示。由图1可知,与工业Cu/Zn/Al催化剂比较,CuAl2O4催化剂经过缓释催化技能,催化活性和稳定性均得到了大幅度前进。



在此根底上,试验室对CuAl2O4进行改性,进一步前进了催化剂的功能,点评成果显现2000h内催化剂的活性改变较小。该催化系统具有三个特征:a)催化剂选用固相法制备,进程绿色环保;b)运用前无需H2预复原处理,开工进程简略;c)催化剂活性高,稳定好,不只工程造价低,并且设备运用功率高。

 

2甲醇制氢的优势与运用办法

 

依据甲醇制氢技能的特色,可在站内制氢,现制现用,无需H2的很多运送和存贮,也可在化工园区集中制氢,再经过短间隔运送(<100km)至加氢站,两种运用办法都具有实在的可行性。跟着CO2组成甲醇技能的打破,甲醇制氢可以进一步开展成为甲醇储氢,然后完结CO2的零排放,表现出更宽广的运用远景。

 

依据甲醇制氢技能的运用及其研讨开展,选用甲醇制氢技能为加氢站供给H2具有较好的运用远景,其详细的优势与运用办法如下。

 

2.1甲醇制氢的优势

 

从质料供给方面来说,甲醇制氢技能的质料是CH3OH,归于重要的煤化工产品和有机化工质料。相关数据显现,2017年我国CH3OH有用产能大约为7644tCH3OH也可以由天然气、生物质等转化取得,特别可以运用太阳能、风能等新动力从CO2中制备,真实完结CH3OH的可继续出产。此外,CH3OH是液体,归于大宗化学品,运送和贮存技能老练且便利。

 

依据此,以甲醇制氢为加氢站供给H2,其质料供给可以得到坚实的保证。以甲醇制氢为加氢站供给H2是否可行,其技能经济性是最首要的要害决议要素。该技能已在工业中运用多年,技能上不存在问题,也有较好的经济性。现在,煤基甲醇的出产本钱为1000/t1500/t,按市场价2500/t3000/t,出产1kgH2耗费6kgCH3OH,加上其他出产本钱(包含设备出资与折旧、人员费、工作费等),算计的制氢本钱25/kg30/kg

 

为了进一步阐明甲醇制氢的经济性,对氢燃料电池车的工作本钱进行了概算,并与汽油车进行比照,详细见表2



关于氢燃料电池车,参照日本Mirai氢动力轿车的耗费,该车加H25.3kg可跑650km,鉴于不同燃料电池的功率不同,本文依照1kgH2100km核算。加氢站H2依据制氢本钱,加上加氢站的工作本钱与赢利,终究确认加氢站H2的价格为40/kg

 

关于燃油车,不同车型的耗费不同,为此本文挑选惯例的三档,依次为8L/100km7L/100km6L/100km进行核算。在燃料价格方面,汽油价格依据20181029日山西省太原市加油站92号汽油的价格定为7.93/L


核算数据显现(见表2),与百公里燃油耗费分别为8L7L6L的汽油车比较,氢燃料电池车在用户费用上节约率依次为36.9%27.9%15.9%。由此可见,以甲醇制氢运用于氢燃料电池轿车,在经济上具有显着的优势。

 

在能量耗费方面,依据汽油和H2的热值,可取得不同燃油耗费的轿车与氢燃料电池车百公里耗费的热值总量,详细见表2。数据显现,与百公里燃油耗费分别为8L7L6L的汽油车比较,氢燃料电池车节能率依次为44.0%36.0%25.3%,节能作用显着。为了验证节能率数据的牢靠性,设定燃油车发动机的热功率为25%,核算出百公里燃油车的实践能量耗费,并假定百公里氢燃料电池车所需天天爱彩票世界杯-甲醇制氢应用于燃料电池车的可行性及远景的实践能量与燃油车一起,反算出氢燃料电池的功率,成果见表2


核算成果显现,所得氢燃料电池车的总功率在33.5%44.6%范围内。由相关报导可知,氢燃料电池的发电功率至少在50%以上,所以说,节能率的数据是牢靠的。之所以可以节能,便是由于氢燃料电池直接将化学能转化为电能,能量转化功率高,表现出显着的节能作用。

 

除经济性与节能外,CO2的排放也是各界要点重视的内容。不同的汽油含碳量不同,产品汽油均匀含碳量为84%,均匀密度为0.72kg/L,则每升汽油含碳0.6048kg,折组成CO22.22kg。出产1kgH2需求耗费6kgCH3OH,其间的碳悉数转化为CO28.25kg,即每出产1kgH2将排放8.25kgCO2。核算数据显现,与百公里燃油耗费分别为8L7L6L的汽油车比较,氢燃料电池车CO2排放量削减率依次为53.5%46.8%38.0%,减排作用显着。

 

综上所述,以甲醇制氢技能作为加氢站氢源的优势显着,不只CH3OH质料来历广泛,并且运用的经济性好,且节能减排作用显着。

 

2.2运用办法

 

以甲醇制氢作为加氢站的氢源,其运用办法有两种,如图2所示。第一种办法为站内制氢,也称作分布式制氢,其优势便是现制现用,无需H2的运送和存储。

 

关于一个每日加氢量为500kg(均匀加注量233Nm3/h)的加氢站,则配备一套制氢规划为300Nm3/h500Nm3/h的配备即可满意要求,这样的制氢规划选用甲醇制氢技能很简略完结。此外,甲醇制氢技能在产能上可以灵敏调整,依据加氢量的需求灵敏调整产氢量,真实到达现制现用的作用。


 

针对甲醇制氢分布式加氢站的建造,国家发改委、国家动力局发布的《动力技能革新立异行动计划(2016—2030年)》中清晰提出,即到2030年完结PROFESSIONAL加氢站现场制氢,包含天然气、氨气、甲醇、液态烃类等制氢,构成标准化的加氢站现场制氢形式并演示运用。虽然如此,甲醇制氢分布式加氢站的建造依然面对着窘境,首要是由于甲醇制氢进程归于化工进程,这种化工进程要涣散在城市周边,乃至市区内,不符合当时我国化工进程的相关规则。实践上,经过站内供氢是有先例的,比方日本有在加氢站内以C3H8为质料制氢的小型工厂。虽然该办法加氢站的建造当时尚无清晰的天天爱彩票世界杯-甲醇制氢应用于燃料电池车的可行性及远景法规和政策支撑,但甲醇制氢分布式加氢站的优势显着,跟着氢燃料电池轿车工业的开展,其未来是可期的。

 

第二种运用办法是从站外供氢的视点来考虑,即依照化工进程的规则,将甲醇制氢进程放置在指定的化工园区内,然后经过短间隔运送(<100km)将H2输送至化工园区周边的各个加氢站。此运用办法触及到H2的贮存和运送,其运用本钱天然要高于第一种办法。依据专业运送公司供给的信息,百公里H2的运送费为6/kg,据此,以甲醇制氢技能为方圆百公里的加氢站供氢,这样,加氢站H2的价格前进为46/kg

 

按此核算,用户的费用依然比燃油车要节约,因而,将运送间隔定为100km以内比较适宜。挑选此办法为加氢站供氢,按当时甲醇制氢最大规划(60000Nm3/h)核算,可供给至少120个日加注量为500kg的加氢站,足以满意一个城市加氢站对氢源的需求。从存储的视点来说,即使加氢站周边有廉价的氢源,比方工业副产氢,其H2的很多存储不可避免,由于主产天天爱彩票世界杯-甲醇制氢应用于燃料电池车的可行性及远景品的出产是接连的。比较之下,甲醇制氢技能愈加灵敏,可依据H2的需求量调整产氢量,无需存储很多H2,只需存储CH3OH即可,并且存储CH3OH要比存储H2愈加经济。总归,该运用办法虽达不到第一种办法现制现用的作用,但依然具有较好的经济性和适用性,在当时没有清晰法规和政策支撑分布式加氢站建造的布景下,这无疑也是一种较好的挑选。

 

3甲醇制氢向甲醇储氢改变的开展远景

 

以甲醇制氢作为加氢站的氢源,无论是采纳分布式制氢,仍是在化工园区集中制氢,其优势显着,具有实在的可行性。但是甲醇制氢运用于氢燃料电池车与当时燃油车比较,虽可以削减CO2的排放,但并没有彻底处理碳排放问题,仍有改善开展的空间。咱们以为,跟着科学技能的不断前进,甲醇制氢进程可以开展为甲醇储氢进程,即以CH3OH作为储氢分子,经过甲醇制氢为加氢站供给H2,一起将制氢进程排放的CO2进行收回再运用,经过催化加氢或光电催化组成CH3OH,构成一个闭环进程,如图3所示,然后完结CO2的零排放。

 

关于CO2加氢组成CH3OH的技能,国内外均有很多的研讨,国内中科院山西煤化所赵宁研讨员的团队在铜基催化剂方面进行了深化的研讨,开发的铜基催化剂已完结扩大并进行了工业单管试验,现在正在进行1.0105t工艺包的规划。中科院大连化物所李灿院士团队开发的固溶体ZnO-ZrO2催化剂对CO2加氢表现出优异的催化功能,催化剂接连工作500h无失活现象。


据媒体报导,20187月在第24届我国兰州出资交易洽谈会上,中科院大连化物所与兰州新区石化工业集团有限公司和姑苏高迈新动力有限公司一起签署了千吨级二氧化碳加氢制甲醇技能开发项目协作协议,方针是树立千吨级二氧化碳加氢制氢甲醇工业化演示工程。


国外开展更快,现已有工业演示设备在工作,比方挪威冰岛4000t/a演示工厂。特别是跟着太阳能、风能等可再生动力技能的开展,以CO2H2O为质料的光电催化组成CH3OH更具吸引力,然后真实完结人类的美好愿望。可以预期,跟着二氧化碳组成甲醇技能的立异与开展,必定可以完结工业化。因而,以CH3OH作为储氢分子运用于氢燃料电池车,完结CO2的零排放,具有更宽广的运用远景。

 

4结语

 

综上所述,跟着氢燃料电池车工业的快速开展,加氢站的布局与建造速度必定加速。以甲醇制氢作为加氢站的氢源,其质料来历和制氢技能都有着坚实的保证,运用经济性好,且节能减排作用显着。甲醇制氢可经过站内供氢和站外供氢两种运用办法为加氢站供给氢源,其间站内制氢,现制现用,无需H2的很多运送与存储,更具优势。此外,跟着科学研讨的不断前进,以甲醇制氢可以进一步开展为甲醇储氢,然后完结CO2的零排放,具有更宽广的运用远景。总归,以甲醇制氢技能作为加氢站的氢源运用于氢燃料电池工业具有实在的可行性和宽广的开展远景。


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