天然气重整制氢工艺在大型粉末冶金企业中的应用及前景分析

介绍了水电解制氢和天然气重整制氢技术的原理及其工艺流程。通过综合比较与技术分析,指出天然气重整制氢工艺在生产成本方面有较大优势,且在粉末冶金企业中已有成功应用的先例;并强调在大型粉末冶金企业中,该制氢工艺完全可以取代水电解制氢工艺。

天然气水蒸汽重整制氢的PROII模拟分析

天然气水蒸汽重整作为最重要的制氢工艺之一,需要消耗大量天然气,通过优化重整工艺,能有效减少天然气消耗。应用化工模拟软件PROII,对天然气水蒸汽重整制氢工艺中转化及中变反应过程进行了模拟。反应后残余甲烷干基含量(物质的量分数)的模拟值与实测值的误差小于1.5%,表明模型可靠有效。利用模型对转化及中变反应过程的操作参数进行了灵敏度分析。结果表明,当水碳比(物质的量之比)为3.0、转化炉出口温度为820℃、转化气出口压力为1.2 MPa时,天然气甲烷转化率较高(约87%),燃料消耗量较少(约70 m^(3)/h),此时是最佳重整条件,可作为该场景下实际生产的工艺控制指标。

关于天然气重整制备富氢还原气体过程中析碳问题的调控--H-C-O体系质量及化学平衡衡算图的应用例

采用天然气重整或焦炉煤气重整工艺制备富氢还原气体时,若操作参数控制不当将会出现碳的析出问题,影响制备富氢气体工序的稳定顺行,因此研究控制制备富氢还原气体过程中的析碳非常必要。应用“H-C-O体系质量及化学平衡衡算图”和化学平衡原理,探讨了天然气重整或焦炉煤气重整工艺制备富氢还原气体过程中的“析碳”问题。在假设天然气重整或焦炉煤气重整体系处于临界析碳状态的前提下,确定了析碳曲线与还原气体n_(H_(2))/n_(CO)、重整温度和体系总压等因素的对应关系,从热力学角度给出了天然气重整或焦炉煤气重整制备富氢还原气体工艺中的临界析碳曲线、“析碳区”与“非析碳区”以及控制析碳且能满足直接还原铁要求的给定n_(H_(2))/n_(CO)值富氢还原气体制备时的重整温度与体系总压等工艺参数。结果表明,为了确保n_(H_(2))/n_(CO)和有效成分φ(H_(2))+φ(CO)合量同时满足直接还原气体组成要求,在体系总压P_(tot)=0.1 MPa条件下重整温度须高于800℃;随着体系总压的升高,CH4的转化率呈下降趋势;对于低n_(H_(2))/n_(CO)(=2),随着体系总压的升高析碳区域将增大;但对于n_(H_(2))/n_(CO)(=5),随着体系总压的升高析碳区域反而变小,这是因为当n_(H_(2))/n_(CO)较低时,碳的气化反应为主流反应,提高压力将增强析碳,而当n_(H_(2))/n_(CO)较高时,甲烷分解反应为主流反应,压力升高将妨碍甲烷分解,抑制了析碳的缘故;另外,体系总压过高将无法获得有效成分φ(H_(2))+φ(CO)合量满足直接还原铁工艺要求的还原气体。

基于专利分析的小型站内天然气制氢技术发展态势研究

站内天然气制氢可应用成熟的天然气输配网络,解决氢气储运成本较高的问题,逐渐成为站内制氢领域研究热点。通过研究国内外小型站内天然气制氢技术相关专利现状,阐述并分析了该技术存在的问题、研究现状、应用情况及该技术未来发展方向。现阶段对小型站内天然气制氢技术研发主要集中在对工艺的优化和重整反应器研发上,其次是对催化剂和变压吸附器的研发。我国对于小型站内天然气制氢技术的需求量较高且本土市场体量较大,但从技术研发的角度讲,美国和日本在该技术领域仍处于龙头地位。随着我国氢能示范城市群的有序推进,氢气需求量稳步增长,小型站内天然气制氢技术具有广阔的发展前景,将助力我国氢能产业稳步发展。

天然气水蒸气重整制氢技术的能耗及成本分析

以工业天然气制氢装置的工艺参数为基础,利用Aspen Plus流程模拟软件建立了天然气制氢工艺模型,并以此对不同工艺参数下制氢过程的能耗、物耗、H_(2)成本和碳排放强度进行考察。模拟计算结果表明:CH_(4)裂解反应是导致转化单元积炭的主要原因,高水碳比有利于抑制热力学积炭的形成;低水碳比、低转化气CH_(4)含量和高变压吸附(PSA)H_(2)收率有利于制氢装置节能降耗,降低H_(2)生产成本,减少碳排放,三者对制氢装置的影响程度由高到低的顺序为水碳比>PSA单元H_(2)收率>转化气CH_(4)含量;中变气CO含量的变化对制氢装置的能耗、物耗、成本和碳排放强度无明显影响。

小微型天然气制氢工艺与反应器技术研究进展

小微型天然气制氢是便捷获得小规模、低成本、高纯度氢源的重要技术。随着氢能和燃料电池的快速发展,借助完善的天然气输配网络,小微型天然气制氢有望在小规模交通、实验、发电、供热等多个领域广泛应用。为加强相关研究,对全球小微型天然气制氢的工艺技术和反应器技术研究进展进行了梳理和分析,针对应用最广泛的天然气蒸汽重整工艺介绍了低温低压蒸汽重整、小型自热重整2种工艺技术,以及传统蒸汽重整反应器的小型化和对流换热型、板式及膜反应器3种颠覆式反应器技术,认为小微型天然气制氢有利于推动分布式制氢和燃料电池分布式发电的应用,虽然目前主要集中在传统技术的小型化,但未来对反应器的颠覆性创新将有望成为主流。

百千瓦级天然气制氢质子交换膜燃料电池热电联产系统稳态特性模拟分析

依托Aspen Plus平台建立了百千瓦级质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)热电联产系统模型,该模型由燃料处理单元、热回收单元与PEMFC单元构成。燃料处理单元关键设备模型依据反应动力学参数搭建,PEMFC电堆采用Aspen Custom Modeler自定义模型。验证了关键设备模型的准确性,并分析了稳态条件下设备运行参数对系统性能的影响,结果表明:在以电定热运行模式下,可适当减少燃烧天然气进料或者降低重整原料水碳比,以提高系统的电效率与㶲效率。此外,可调节变压吸附(pressure swing adsorption,PSA)至PEMFC管路阀门,增大电堆阳极进气压力以提高发电量,但不建议增大电堆阴极进气压力,这会导致系统辅助设备耗电量上升、净电效率下降。以热定电时,可采取相反的调节方式,降低燃烧烟气与PEMFC尾气的排放温度,提高系统热效率。研究结果可为调整PEMFC热电联产系统工作参数以实现热电输出合理配比提供参考。

站内小型橇装天然气制氢技术及安全设计

加氢站内采用小型橇装天然气制氢已经成为全球加氢站发展的重要趋势之一。在对橇装天然气制氢技术和发展现状总结分析的基础上,对比了中国首套橇装天然气制氢装置的技术与国外同类产品的技术参数。针对橇装天然气制氢物料风险和工艺风险的分析,利用FLACS(流体动力学计算软件)进行事故后果三维模拟,结果显示,装置内部发生火灾时喷射火热辐射强度达到37.5 kW/m^(2)的影响范围小于4.7 m。基于模拟结果给出了橇装制氢装置与其他设备的推荐安全距离。最后,对橇装天然气制氢技术未来的发展和应用提出了建议。

天然气重整制氢用于氢燃料电池汽车的热效率

分析氢燃料电池工作原理及发电效率、天然气重整制氢热效率。对天然气重整制氢用于氢燃料电池汽车的综合实际热效率进行分析，计算结果为23％～31％。

“吸附增进反应过程”在天然气水蒸汽重整制氢中的应用新进展

介绍了传统工业制氢工艺存在的问题和"吸附增进反应过程"制氢新工艺研究的意义;对近年来影响新工艺的关键步骤——高效吸附剂的选择及工艺条件的优化进行了归纳和总结,并就目前存在的问题提出了建议和设想:合成纳米级的高温CO2吸附剂(如Li2ZrO3和Li4SiO4),优化加入吸附剂后的制氢条件,以起到简化制氢工艺过程、降低能耗的作用.

天然气重整制氢及其在燃料电池的应用

介绍质子交换膜燃料电池燃料氢气的几种天然气重整制备方法,包括蒸汽重整法、部分氧化重整法、自热催化重整法、催化裂解法。阐述氢气净化方法,包括脱硫以及水煤气变换、优化氧化、膜分离、变压吸附等去除一氧化碳的方法。介绍了天然气重整制氢质子交换膜燃料电池的研发及应用情况。

PEMFC系统天然气重整工艺条件热力学分析

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统中天然气重整的工艺条件进行了热力学分析,考察了操作温度、操作压力、水碳比对天然气重整性能的影响,对PEMFC系统推荐了适宜的操作参数。

大型天然气水蒸气重整制氢装置常用炉型及发展趋势

大型天然气水蒸气重整制氢装置常用重整炉型为顶烧炉、侧烧炉和梯台炉等。对3种炉型分别进行介绍,从炉管热量分布、结构特点和操作情况等方面进行对比,并从炉管材料发展和重整催化剂进步的角度阐述3种炉型的发展趋势。

小型橇装天然气制氢技术现状与发展趋势分析

小型橇装天然气制氢以其便捷、高效、成本较低及贴近用户等优势,已成为全球小规模制氢的研究热点,具有广阔的应用前景。通过对国内外橇装天然气制氢现状进行综述,分析了小型橇装天然气制氢各工段的技术难点,对比了国外典型橇装天然气制氢产品的技术参数,并指出了小型橇装天然气制氢的技术攻关方向及未来发展趋势,以期为我国天然气制氢技术的开发提供参考。

天然气制氢技术应用于浮法玻璃行业初探

介绍玻璃行业氢气制备方案,重点讨论天然气制氢工艺方案、天然气制氢氢气中杂质对玻璃生产的影响,通过玻璃行业几种制氢工艺技术经济指标对比,显示了天然气制氢技术的经济和社会效益。

天然气制氢用于浮法玻璃行业初探

介绍几种常用制氢工艺路线；天然气制氢工艺方案；天然气制氢氢气中杂质对玻璃生产的影响；用于玻璃行业几种制氢工艺技术经济指标对比。

天然气制氢技术应用于浮法玻璃行业初探

介绍了玻璃行业氢气制备方案、天然气制氢工艺方案、天然气制氢氢气中杂质对玻璃生产的影响,以及玻璃行业几种制氢工艺技经指标的对比。

新型双燃料重整联合循环发电系统

本文提出了一种新型双燃料重整联合循环发电系统。该系统通过重整反应实现了煤和天然气的综合利用,煤的燃烧过程为天然气/水蒸汽重整反应提供了高温反应热,通过双燃料重整煤的部分化学能间接转化到合成气中,然后合成气进入联合循环燃烧作功。研究结果表明双燃料联合循环的供电效率为49.4%-53.2%,煤的折合供电效率为42.4%-44.6%,与IGCC(动力部分相同时为44%-46%)相比供电效率降低1-2个百分点,但是投资大约降低30%。本文的研究开拓性地为煤的清洁高效利用提供了新途径。

以双燃料重整利用气化显热的IGCC系统

IGCC系统中,气化炉出口的合成气温度很高,这部分显热如何利用一直是困扰IGCC进一步发展的难题。本文根据"温度对口"的原则,提出了一种以双燃料重整利用煤气化显热的联合循环发电系统,该系统通过重整反应实现了煤和天然气的综合利用。利用气化炉出口的高温煤气的显热作为天然气/水蒸气重整反应的高温反应热,把煤气的热能转变为合成气的化学能进行回收。研究结果表明,相比于同等条件下的参比分产系统,新系统效率可提高约1个百分点。

制氢加氢一体站发展前景剖析

在全球减碳和国内“双碳”政策背景下,氢能作为清洁能源已成为推动“能源革命”的重要抓手。加氢站作为氢能在交通运输领域的关键基础设施,加快其建设和布局势在必行。该文总结了国内外加氢站的建设情况,分析了当前“工厂氢+气态管车运输+加氢站”建站模式的运营现状,对比了站内天然气重整、甲醇重整和电解水制氢技术的经济性和优劣势,并结合当前国内外建站经验剖析了国内制氢加氢一体站建设中面临的问题和相应对策,认为站内天然气和甲醇重整制氢技术在当前阶段下具有良好的发展前景。