第40卷第3期中國(guó)電力Vol. 40, No.32007年3月ELECTRIC POWERMar. 2007煤氣化制氫及氫能發(fā)電試驗(yàn)系統(tǒng)許世森,程健(西安熱工研究院有限公司,陜西西安710032)摘要:氯能是一種高效潔凈、理想的、極有前途的二次能源。 “綠色煤電”計(jì)劃將建立2MW的氫能試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行煤氣變換制氫、氫能發(fā)電、CO2利用的試驗(yàn)研究。介紹2MW氫能發(fā)電試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案:煤氣化工藝采用西安熱工院的兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)，co變換上藝采用中溫耐硫變換工藝,脫碳工藝經(jīng)比較采用變壓吸附T.藝，提純的氨氣用于高溫燃料電池發(fā)電和氫燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒試驗(yàn)，CO, 作為商品銷(xiāo)售。煤氣變換提純后CO2體積分?jǐn)?shù)小于0.2%，H2體積分?jǐn)?shù)大于99%,燃料電池發(fā)電效率達(dá)60%以上,系統(tǒng)CO2達(dá)到零排放。煤制氨及氫能利用技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:煤氣化;制氫;脫磯;燃料電池發(fā)電;試驗(yàn)系統(tǒng)中圖分類(lèi)號(hào): TK91。文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 10-949200703-000-05以煤氣化制氫和氫能發(fā)電為主、并對(duì)CO2進(jìn)行分離0引言和處理的新型高效的清潔煤基能源利用技術(shù)。“綠色煤電”計(jì)劃第1階段將建立250 MW的氫能是有別于太陽(yáng)能、核能、地?zé)崮芎Ｑ竽?、生IGCC(整體煤氣化聯(lián)合循環(huán))電站，以及2MW的氫物質(zhì)能等新型能源的一種含能體能源。氫燃燒熱值能試驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范和制氫、高,無(wú)污染、來(lái)源廣,是煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源高溫燃料電池發(fā)電.氨燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電.CO2分離捕集所無(wú)法比擬的，氫氣被公認(rèn)為是解決環(huán)境污染問(wèn)題存儲(chǔ)等關(guān)鍵技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。的真正的清沽燃料。自然界中氫主要以其化合物如水和碳?xì)浠衔?煤氣化制氫技術(shù)的形式存在,而以游離態(tài)存在的氫氣卻很少。人類(lèi)利用氫氣的主要方法是從氫的化合物中提取。從理論煤氣化制氫是先將煤炭氣化得到以H2和CO上講,,制氫方法很多,如:礦物燃料制氫、電解水制為主要成分的氣態(tài)產(chǎn)品,然后經(jīng)CO變換和分離、提氫、微生物制氫、光催化分解水制氫等方法。目前世純等處理而獲得- -定純度的產(chǎn)品氫。圖1為煤氣化界上所需氫氣的90%都是由礦物燃料制氫方法獲制氫原則流程。得的。根據(jù)已探明和可開(kāi)采能源資源儲(chǔ)量，我國(guó)以煤為主的能源格局長(zhǎng)期不會(huì)改變。因此,各種煤制氫技術(shù)仍將是獲得大量氫的重要途徑之一。.原料煤一(備煤將氫制備與煤的高效潔凈利用結(jié)合是氨能發(fā)展圖1煤氣化 制氫原則流程圖的重要課題之- -。在煤炭聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中,煤炭經(jīng)氣化、凈化脫硫脫碳后即可生產(chǎn)氫氣,氫氣既可作為化工Fig.1 The principle process of hydrogen productionfromcoal gasification原料,也可作為燃料電池.固定和分散電站的燃料;凈化煤氣經(jīng)組分調(diào)整,通過(guò)各種反應(yīng)可合成甲醇、二現(xiàn)代大型煤氣化裝置中，應(yīng)用較廣泛的主要是甲醚、醋酸等燃料及化工產(chǎn)品,系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)程中各種氣流床氣化技術(shù)，氣流床氣化包括水煤漿進(jìn)料和十放熱,尾氣等多種晶位的能最可充分利用,這樣使煤煤粉進(jìn)料2種,典型的技術(shù)主要包括:美國(guó)CE公司的化學(xué)能利用得到最佳的綜合效益,因此氫能利用的水煤漿加壓氣化工藝(原為德士古公司Texaco技對(duì)潔凈煤技術(shù)流程的創(chuàng)新具有重要作用。術(shù))荷蘭殼牌公司的SCGP粉煤加壓氣化工藝技術(shù).華能集團(tuán)公司作為國(guó)內(nèi)最大的發(fā)電公司，在國(guó)和德中國(guó)煤化工公司在渣油部分內(nèi)率先提出并倡導(dǎo)實(shí)施“綠色煤電"計(jì)劃,研究開(kāi)發(fā)氧化化技術(shù)，其主要特TYHCNMHG收稿日期: 2006-12-30; 修回日期: 2007-01-08作者簡(jiǎn)介:許世森(1965-),男 ,陜西韓城人,研究員,從事煤氣化制氫新型發(fā)電技術(shù)的研究。E-mail:xushisen@pri.com.cn‘9」中國(guó)電力第40卷.點(diǎn)為:煤種適應(yīng)性較強(qiáng),氣化壓力高,水煤漿氣化壓合成氣與水蒸氣發(fā)生變換反應(yīng)，生成高體積濃度的力范圍在2.6- -6.5 MPa,提高氣化壓力,可降低裝置投H2和CO2;H2和CO2被氣體分離裝置分離為高純度入,有利于降低能耗,煤氣中有效氣體(CO+H,)較的H2和高體積濃度CO2的滲余氣;CO2可被進(jìn)--步高,其體積分?jǐn)?shù)約80% ,冷煤氣效率為70%~76% ,提純作為工業(yè)原料應(yīng)用或進(jìn)行封存實(shí)驗(yàn);高純度的設(shè)備成熟,大部分已能?chē)?guó)產(chǎn)化。H2可作為高溫燃料電池的燃料.通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)Shell公司的SCCP工藝是粉煤加壓氣化工藝,生電能;大量的高純H2可作為商品銷(xiāo)售或切換進(jìn)行并于1972年開(kāi)始從事煤氣化的研究。1987年在美國(guó)氫燃?xì)廨啓C(jī)燃燒的實(shí)驗(yàn)。休斯數(shù)附近的日投煤量250~400t示范裝置建成投產(chǎn)。1993年在荷蘭Buggenum的日投煤量2000的大氣化島動(dòng)力島型商業(yè)用氣化裝置建成投產(chǎn),用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電( ICCC)。SCCP氣化技術(shù)主要特點(diǎn)為:對(duì)氣化原料有給水余熱鍋爐較寬的適應(yīng)性,碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上,甲烷體積分灰二碗端。蒸汽 水: 每個(gè)輪機(jī)A。數(shù)極低,煤氣中有效氣體(CO+ H2)達(dá)90%以上,采制氫燃料電池及氫用干法進(jìn)料,與濕法水煤漿氣化工藝相比,氧耗低、→放空氣體CO2單爐生產(chǎn)能力大，工業(yè)化應(yīng)用單臺(tái)爐日處理煤量已口一空氣壓縮機(jī)soL自達(dá)2000t;熱效率高,冷煤氣效率80%- -85%, 是一種較理想的煤制氫技術(shù)?？辗植糠忠坏闅饷ひ?2處理02利丹儲(chǔ)存GSP煤氣化是原民主德國(guó)VEBGaskombiant的圖2綠色煤電一期工程流程黑水泵公司于1976年開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)的干煤粉加壓Fig.2 Process of the first stage of the GreenGen Project氣化工藝。目前,單臺(tái)工業(yè)化氣化爐的生產(chǎn)能力為720t/d煤,氣化壓力為4.0 MPao GSP氣化爐采用盤(pán)管式水冷壁氣化爐結(jié)構(gòu),對(duì)氣化粉煤的粒度要求較3系統(tǒng)工藝方法選擇為寬松,工業(yè)化裝置氣化原料煤的粒度在24.5%大于0.2mm的條件下一次性碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%以上。3.1變換工藝選擇問(wèn)西安熱工研究院有限公司在國(guó)家863計(jì)劉的氣化煤氣中CO體積分?jǐn)?shù)較高(約60%),可用支持下,歷經(jīng)10 余年的研究.開(kāi)發(fā)出兩段式干煤粉水蒸 氣與co在催化劑的作用下發(fā)生變換反應(yīng)產(chǎn)生加壓氣化技術(shù)。氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu),氣化溫度H2和CO2。CO變換技術(shù)依據(jù)變換催化劑的發(fā)展而為1300~1700τ,氣化反應(yīng)壓力0.5-4.0MPa,碳轉(zhuǎn)發(fā)展，變換催化劑的性能決定了變換流程及其先進(jìn)化率達(dá)99%以上，有效氣體體積分?jǐn)?shù)(CO+H2)達(dá)性。采用Fe -Cr系催化劑的變換工藝，操作溫度在90%以上,煤種適應(yīng)性好。與國(guó)外先進(jìn)干法氣化技350- -s50C,稱為中、高溫變換工藝。其操作溫度較術(shù)相比,冷煤氣效率提高2~3個(gè)百分點(diǎn),比氧耗低高,原料氣經(jīng)變換后CO的平衡體積濃度高。Fe-Cr10%-15%;與水煤漿氣化技術(shù)相比,冷煤氣效率提系變換催化劑的抗硫能力差，適用于總硫體積分?jǐn)?shù)高7%-10%,比氧耗降低20%~30%。華能“綠色煤低于80 x10-*的氣體。采用Cu -Zn系催化劑的變換電"計(jì)劃一期工程將采用西安熱工研兗院的兩段式工藝,操作溫度在200~280C,稱為低溫變換工藝。干煤粉加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氣,利用合成氣進(jìn)行這種工藝通常串聯(lián)在中、高溫變換工藝之后,將體積煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和制氫發(fā)電試驗(yàn)。分?jǐn)?shù)為3 %左右的CO降低到0.3 %左右。Cu-Zn 系變換催化劑的抗硫能力更差，適用于硫體積分?jǐn)?shù)低2氫能試驗(yàn)系統(tǒng)于0.1x10-*的氣體。采用Co -Mo系催化劑的變換工.藝，操作溫度在200-550C，稱為寬溫耐硫變換工“綠色煤電”計(jì)劃第1階段工程由氣化島、動(dòng)力藝。其操作溫區(qū)較寬,特別適合于高體積濃度CQ變島、空分部分、制氫和CO2處理部分組成，系統(tǒng)流程換且不易超溫。Co-Mo系變換催化劑的抗硫能力極見(jiàn)圖2。2000/d氣化爐產(chǎn)生的煤氣主要用來(lái)發(fā)電.強(qiáng),對(duì)硫無(wú)上限要求。變換的能耗取決于催化劑所要5%流量的煤氣(2MW)被引入旁路的氫能試驗(yàn)系統(tǒng)求的汽/氣比和操作溫度，在上述3種變換工藝中,進(jìn)行燃料電池和氫燃?xì)廨啓C(jī)的試驗(yàn)研究。耐硫?qū)挏乇緭QT夢(mèng)東汶”方而均為最低，具有能氫能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由煤氣變換裝置.CO2與H2分離耗低的中國(guó)煤化工劑的活性組分是及H2提純裝置、高溫燃料電池電站和H2及CO2資Co-MY片CNMHG較高HS體積濃源化利用裝置組成。在該系統(tǒng)中,2000 t/d氣化爐度的氣體,因此,在煤炭制氫裝置中,一般CO變換5%流量的煤氣合成氣將被引入，在煤氣變換裝置中均 采用耐硫變換工藝。10|第3期許世森等:煤氣化制氫及氫能發(fā)電試驗(yàn)系統(tǒng)2MW氫能系統(tǒng)主要利用高體積濃度的H2進(jìn)表1變壓吸附 法和MDEA法脫碳技術(shù)比較行高溫燃料電池發(fā)電和氫燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒試驗(yàn),變Tab.1 Pertormance comparison between PSA and MDEA換氣中少量的co也可作為高溫燃料電池和氨燃?xì)鈌or de-carbon輪機(jī)的燃料,而不影響其性能，因此旁路系統(tǒng)煤氣制項(xiàng)日MDEA脫碳裴霞變壓吸附脫碳裝置氫變換工藝應(yīng)采用中串低耐硫變換工藝,使變換氣裝H能力/m'h6 006000中CO體積分?jǐn)?shù)低于1%，變換工藝流程見(jiàn)圖3。電功率kW280150蒸汽U1.h,.50循環(huán)水1.h4夏季 1 420;冬季720儀衣空T/m'.h+45年檢修添加MDEA溶液15~201,吸附劑少最階悌環(huán)15m'氣量損失/%.5全年氨損失/萬(wàn)元25.551電費(fèi):40.32[電價(jià)電費(fèi):21.6[電價(jià)0.25元/(kW-h),0.25元/(kW.h) .功率因數(shù)0.8]蒸汽費(fèi):178.21-蒸汽過(guò)熱器;2- _變換氣預(yù)熱器;3-蒸汽發(fā)生器;4- -段變年運(yùn)行費(fèi)用/萬(wàn)元(蒸汽價(jià)格48元/t)換爐;5-二段變換爐;6-給水換熱器;7- 氣體冷卻器MDEA溶液:19.5(價(jià)格1.3 萬(wàn)元/1).圖3變換工藝示意階銻環(huán):8.4(2 400元/m)Fig.3 Process of syngas conversion technique損失費(fèi):25.5損失費(fèi):51合計(jì):271.92合計(jì):72.6蒸汽飽和的煤氣通過(guò)cO變換爐預(yù)熱器被來(lái)自一段變換爐的氣體加熱到co變換所需的溫度,進(jìn).高的優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)較成熟的變壓吸附制氫工藝處人一段變換爐發(fā)生變換反應(yīng)。理氣量為75000m'h,神華集團(tuán)“煤制油"工程變壓吸由于變換反應(yīng)為放熱反應(yīng),一段變換爐出口溫度附制氫工藝處理氣量可達(dá)340000m/h,產(chǎn)氫能力為將達(dá)到400C。一段變換氣被蒸汽過(guò)熱器.cO變換預(yù)280000m/h,氫純度達(dá)99.9%，氫回收率大于等于熱器和蒸汽發(fā)生器逐步降溫至二段變換爐人口所需90%。目前國(guó)內(nèi)變壓吸附T藝的發(fā)展與國(guó)外差距不溫度,進(jìn)人二段變換爐繼續(xù)發(fā)生變換反應(yīng)。進(jìn)入二段”大， 變樂(lè)吸附工藝完全可滿足綠色煤電氫能試驗(yàn)系反應(yīng)器的氣體,經(jīng)二段催化劑催化反應(yīng)后,溫度再次統(tǒng)的要求。上升,CO的體積分?jǐn)?shù)大大降低。變換氣體經(jīng)給水換熱煤氣變換氣中的主要組分有Hz.N2.CO2.Co、器和氣體冷卻器冷卻至40°C后,進(jìn)人脫碳工藝。H2O等。它們?cè)赑SA裝置上的被吸附能力有所不同,3.2 CO2與H2 分離工藝其由強(qiáng)到弱的順序是H2O>CO>CO>N>H2)。變壓吸變換氣中CO2的脫除方法很多,目前國(guó)內(nèi)外相附脫碳技術(shù)就是利用上述特性使吸附劑加樂(lè)吸附原關(guān)廠家采用的脫碳方法可分為濕法和干法兩大類(lèi)。料 氣中的CO,和H2.0組分,難吸附的H2.N2.co等濕法脫碳主要有碳酸丙烯酯法,簡(jiǎn)稱PC法;聚醇醚組分作為產(chǎn)品氣由吸附塔頂部引出，減壓時(shí)被吸附法,簡(jiǎn)稱NHD法;N-甲基二乙醇胺法,簡(jiǎn)稱MDEA的CO2和H2O組分脫附，同時(shí)吸附劑獲得再生,從而法。濕法脫碳工藝中的MDEA法吸收CO2部分的比達(dá)到氣體分離的目的,工藝流程如圖2所示。變換工例大,凈化氣CO2體積分?jǐn)?shù)小于0.1%,熱量消耗少，段 的變換氣在脫除水分后送入由8個(gè)吸附塔組成的.再生氣CO2純度大于99%,該工藝目前被大多新建、 變樂(lè)吸附脫碳系統(tǒng)。變樂(lè)吸附過(guò)程中,任一-時(shí)刻總有合成氨廠所采用(1。.3臺(tái)吸附器處于吸附步驟,原料氣由入口端進(jìn)入,在干法主要采用變壓吸附法,簡(jiǎn)稱PSA法,它具出口端獲得凈化氣。每臺(tái)吸附器在不同時(shí)間依次經(jīng)有凈化度高、工藝簡(jiǎn)單、操作方便、自動(dòng)化程度高、運(yùn)歷吸附、順?lè)拧毫饨?順?lè)?、逆向放壓抽真空、行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。變壓吸附氣體分離技術(shù)是近年國(guó)壓力均衡升和最終升壓。吸附器所有的壓力均衡降,內(nèi)外發(fā)展最成熟，成本較低的氣體分離方法,可利用順?lè)挪襟E都是用于其他吸附器的壓力均衡升，以充分子篩或活性炭吸附變換產(chǎn)物中的CO2等氣體,得分回收將被再生吸附器中的凈化氣;逆放步驟排出到高純度的H2。表1是MDEA法和變壓吸附脫碳法了吸中國(guó)煤化工分,剩余的雜質(zhì)組成本的比較。分通fHCNMHG變換氣經(jīng)變壓吸附從以上比較可看出，變壓吸附技術(shù)在運(yùn)行成本工藝口Cu2件以萬(wàn)雙小」U.c7o,H2體積分?jǐn)?shù)大于方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于MDEA脫碳工藝，而且變壓吸附工藝99%，完全可滿足高溫燃料電池和氫燃?xì)廨啓C(jī)燃燒具有流程簡(jiǎn)單、操作方便、無(wú)設(shè)備腐蝕、自動(dòng)化程度試驗(yàn)的需要。圖4為變壓吸附脫碳工藝流程。川中國(guó)電力第40卷距很大。DN200“綠色煤電"計(jì)劃氫能試驗(yàn)系統(tǒng)的目標(biāo)之一是87hhalKV.12制場(chǎng)建立100 -200kW的高溫燃料電池發(fā)電裝置。因此本幾了了了了了了.PG0106在國(guó)內(nèi)具有一定研究基礎(chǔ)但又與國(guó)外有較大差距的情況下，可引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的高溫燃料電池發(fā)電裝置進(jìn)行消化吸收，并與國(guó)內(nèi)科研院所聯(lián)合研究開(kāi)發(fā)我KV13國(guó)自主的高溫燃料電池發(fā)電裝置。3.4 CO2 資源化利用技術(shù)00日日.“8響CO2的地質(zhì)封存是徹底解決溫室氣體排放的有效措施，但由于地質(zhì)封存需要完全了解存儲(chǔ)地點(diǎn)如變換氣)幾了了了了油井或含鹽蓄水層的結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件,而且CO2的真空封存是地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué),地球物理學(xué)、海洋地質(zhì)學(xué)等多學(xué)科的綜合研究，需要各方的合作才可實(shí)現(xiàn)CO2的水久封存,是一-項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程?！熬G圖4變壓吸附脫碳工藝流程色煤電"第1階段旁路氫能試驗(yàn)系統(tǒng)CO2的研究重Fig.4 Process of PSA de carbon點(diǎn)將集中在CO2的資源化利用方面。3.3高 溫燃料電池CO2作為工業(yè)原料可用于碳酸飲料、氣體保護(hù)高溫燃料電池由于在高溫條件下工作，相對(duì)低焊的保護(hù)氣體、蔬菜增產(chǎn)的氣肥.食品保險(xiǎn)或煙絲膨溫燃料電池不需貴金屬作催化劑，耐受硫化物的能化的氣體.CO2也可注人油井,提高石油采收率。力相對(duì)較高，因此系統(tǒng)簡(jiǎn)單,成本較低。高溫燃料電20世紀(jì)70年代初，我國(guó)商業(yè)用液體CO2和干池能以天然氣、氣化煤氣、甲烷.cO為燃料,電池堆冰的年產(chǎn)量約20000t;20世紀(jì)80年代初期,我國(guó)合產(chǎn)生的高溫廢氣可與燃?xì)廨啓C(jī)組成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系成氨廠、酒精廠開(kāi)始回收排放的CO2 ,生產(chǎn)規(guī)模均在統(tǒng),效率可達(dá)60%以上。因此,高溫燃料電池適合作3000t/a以下，基本是自產(chǎn)自用或以銷(xiāo)定產(chǎn)，國(guó)內(nèi)為固定電站或分布式電站應(yīng)用。CO2產(chǎn)銷(xiāo)量不足30000va;20世紀(jì)80年代末期，國(guó)高溫燃料電池包括熔融碳酸鹽燃料電池和固體內(nèi)CO2產(chǎn)銷(xiāo)量迅速攀升到200000t/a,市場(chǎng)已初具規(guī)氧化物燃料電池。MCFC(熔融碳酸鹽燃料電池)的模;進(jìn)入20世紀(jì)90年代,隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的多部件材料、制造工藝、結(jié)構(gòu)、密封方式等比較簡(jiǎn)單,工元化發(fā)展,國(guó)內(nèi)CO2需求量呈快速增長(zhǎng),生產(chǎn)能力程放大較容易,成為20世紀(jì)80年代以來(lái),美、日、歐近600000v/a,由于市場(chǎng)需求量的快速增長(zhǎng),眾多世重點(diǎn)發(fā)展的民用燃料電池發(fā)電技術(shù)，是最有希望大界氣體生產(chǎn)廠商先后投資我國(guó),如英國(guó)的BOC、法國(guó)規(guī)模應(yīng)用于電力工業(yè)的燃料電池發(fā)電技術(shù)之- -。目的法液空、美國(guó)的普萊克斯.CBI、日本的巖谷等。前已分別建成Santa Clara 2 MW MCFC、King County2002年國(guó)內(nèi)CO2的年消費(fèi)量約600000u/a,按年平廢水處理廠1 MW MCFC示范項(xiàng)目，建成的MCFC .均年增長(zhǎng)速度15% .20%測(cè)算,2007年國(guó)內(nèi)的CO2.電站達(dá)到34座。但熔融碳酸鹽燃料電池也有一定的市場(chǎng)需求量將達(dá)到1 2060001 267 000t/a。缺點(diǎn)，由于在高溫條件下工作,熔融狀態(tài)的鹽溶液會(huì)經(jīng)計(jì)算,旁路系統(tǒng)年產(chǎn)CO2約70000t/a,面對(duì)蒸發(fā)和析出,并對(duì)電極產(chǎn)生一定的腳蝕.從而影響電國(guó)內(nèi)CO2不斷增長(zhǎng)的需求，旁路氫能試驗(yàn)系統(tǒng)分池的壽命。離提純所得到的CO2可根據(jù)周邊市場(chǎng)的需求調(diào)節(jié)固體氧化物燃料電池(SOFC)由于使用固體電液體CO2產(chǎn)量以商品形式銷(xiāo)售，實(shí)現(xiàn)CO2的資源解質(zhì),避免了MCFC中電解質(zhì)的燕發(fā)和析出,也沒(méi)化利用和氫能試驗(yàn)系統(tǒng)的近零排放目標(biāo)。因此CO2有由電解液引起的材料腐蝕和電極析出問(wèn)題，電池資源化利用的工藝應(yīng)設(shè)計(jì)CO2提純裝置和液化儲(chǔ)壽命較長(zhǎng)。電池在800~1000C運(yùn)行,能提供高位熱存裝置。能,更容易組成燃料電池聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。本體發(fā)國(guó)內(nèi)外液體CO2的制備工藝都圍繞臨界溫度.電效率可達(dá)40%--50%,組成聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率可臨界壓力方面作文章?；竟に嚶肪€是洗滌、壓縮、達(dá)到60%以上。與其他燃料電池相比,soFC的燃料氧化.干燥、活性炭吸附.冷凝制成液體CO2,液體適應(yīng)性最強(qiáng),可使用合成煤氣作燃料,燃?xì)庵械牧蛸|(zhì)CO2.中國(guó)煤化寧液體CO2制備可分量濃度可允許到10-mg/m',因此,從性能、成本和使高壓:溫度為30 C左右,用壽命方面比較,SOFC具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),是未CNMHG卻到30C而制得來(lái)大型燃料電池固定電站發(fā)展的趨勢(shì)。液體CO2;低壓法是將常壓CO2壓縮至2.5 MPa,冷目前，國(guó)內(nèi)高溫燃料電池方面的研究與國(guó)外差卻到_ -20C。由于氣體CO2的體積很大，是液體CO212第3期許世森等:煤氣化制氫及氫能發(fā)電試驗(yàn)系統(tǒng)的365倍,氣體CO2的存儲(chǔ)和運(yùn)輸費(fèi)用很高,氣體并在國(guó)內(nèi)率先倡導(dǎo)實(shí)施“綠色煤電"計(jì)劃,進(jìn)行關(guān)鍵CO2在CO2的應(yīng)用中只占很小的比例。技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，目前已開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)商品CO2的貯存和運(yùn)輸是以液態(tài)或固態(tài)形式進(jìn)的兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)。行的，可用3種方法分裝運(yùn)輸:非絕熱高壓鋼瓶裝氫能試驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)煤氣變換制氫.CO2分離運(yùn)、低溫絕熱容器裝運(yùn)、干冰散裝或塊裝。用高壓鋼瓶利用存儲(chǔ)和氫燃?xì)廨啓C(jī)燃燒技術(shù)的研究開(kāi)發(fā),解決在環(huán)境溫度下裝運(yùn)CO2時(shí),對(duì)鋼瓶的漆色、充罐、貯煤氣高效潔凈利用和溫室氣體的永久儲(chǔ)存問(wèn)題,這存、運(yùn)輸和使用等均應(yīng)遵守氣瓶安全監(jiān)察的有關(guān)規(guī)些技術(shù)是FutureGen計(jì)劃和GreenGen計(jì)劃的核心定。一個(gè)容積為40L,設(shè)計(jì)壓力為15MPa的鋼瓶,最技術(shù)，是目前世界清潔煤能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。煤氣多只能充人25kg液態(tài)CO2。由于鋼瓶受環(huán)境溫度變變換分離后得到的H2不僅可用于燃料電池、氫燃?xì)饣挠绊?，裝有液態(tài)CO2的鋼瓶應(yīng)貯放在陰暗通風(fēng)輪機(jī)發(fā)電,而且也可作為合成甲醇、合成氨的工業(yè)原的庫(kù)房,環(huán)境溫度不得超過(guò)31C,當(dāng)裝運(yùn)量較大時(shí),料;得到的CO2可用于食品加工,氣體保護(hù)焊以及-般是將液態(tài)CO2分裝在低溫絕熱貯槽內(nèi),用拖車(chē)、提高石油采收率等方面,具有廣闐的應(yīng)用前景。卡車(chē)或火車(chē)運(yùn)輸。貯槽溫度-18 C,壓力約2.08 MPa液體CO,槽車(chē)與傳統(tǒng)的鋼瓶運(yùn)輸形式相比,不但壓參考文獻(xiàn):力低,安全,且運(yùn)輸費(fèi)用也低;槽車(chē)由拖拉車(chē)和液體CO2槽車(chē)兩部分構(gòu)成，一般槽車(chē)的總載荷為25- 42t[1] 朱世勇.環(huán)境與工業(yè)氣體凈化技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，(含罐重)。采用低壓槽車(chē)運(yùn)輸，安全且費(fèi)用大大降2001.低,設(shè)備采用集裝方式組合, 運(yùn)輸和安裝方便,布置ZHU Shi-yong, Environment and industry gas cleaning technology靈活，占地面積小。配置的制冷系統(tǒng)的制冷功率為[M].Beijng; Chemical Industry Press, 2001.125 Wl。實(shí)踐證明,在低壓下貯存和輸送液體CO2比[2] 朱字文.二段法變壓吸附脫碳技術(shù)特點(diǎn)及其應(yīng)用[J].小氮肥，在高壓下貯:存和輸送更為經(jīng)濟(jì)方便。2003(10);13-15.SONG Yu-wen. Research on the performance and application of4結(jié)語(yǔ)two-stage PSA technique[J]. The Joumal of Small NitrogenousFertilizer Plants, 2003(10):13-15.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)是被證實(shí)為目前{3]程健.綠色煤電氫能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[D].陜西:西安熱工最潔凈高效的燃煤發(fā)電技術(shù)，但煤氣燃燒后仍排放研究院有限公司,2005.大量的溫室氣體CO2,對(duì)環(huán)境造成一定的影響。以煤CHENG Jian. Design scheme for the hydrogen power test system of the氣化發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，包含煤氣變換制氫、H2分離GreenGen Project[D]. Shanxi: Xi'an Thermal Power Research技術(shù)和CO2存儲(chǔ)利用技術(shù)將大大提高煤炭利用效Insiute Co., Ld, 2005.率,并可實(shí)現(xiàn)溫室氣體的零排放,是目前美國(guó)正在開(kāi)發(fā)的高效煤炭利用技術(shù),命名為FutureGen計(jì)劃。華(責(zé)任編輯孫家振)能集團(tuán)公司積極參與FutureGen計(jì)劃的國(guó)際合作，Hydrogen production based on gasification and hydrogen power test systemXU Shi-sen, CHENG Jian(Xian Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi'an 710032, China)Abstract: Hydrogen energy is high eficient, clean and ideal secondary energy with bright prospect. The GreenGen Project plans to setu叩a 2 MW hydrogen power test system, on which the technologies of hydrogen conversion by coal-gas, hydrogen power generation andCO2 utilization can be done. The design scheme of 2 MW hydrogen test system was introduced as: the two-stage pressurized entrainedflow gasifier with dry feed was used in gasifcation, the sulphur resisting technique was used in CO conversion, the pressure swingadsorption technique was used for de-carbon process and purified hydrogen was used for the high temperature FC power generationand the combustion test of hydrogen gas turbine with CO2 as commodities to sell. Afer ourification. the volume fraction of CO2 is lessthan 0.2%, H2 more than 99% and the eficiency of FC power system is mo中國(guó)煤化工:03 The technologes ofhydrogen production from coal and hydrogen uilization are of wide applicatYHCNMHGKey words: gasification technology; hydrogen production; de-carbon; fuel cell power system; test system13|