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【氫能及燃料電池】氫能如何應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域?

2018-12-11 09:34:36 交能網(wǎng)  點擊量: 評論 (0)
隨著可再生能源時代的全面到來,減輕電網(wǎng)波動,平衡供需成為可再生能源發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。而解決這些問題的關(guān)鍵就在于儲能技術(shù)。氫儲能技術(shù)在儲能技術(shù)中有著無可比擬的優(yōu)勢。這項被德國能源署譽為“德國能源轉(zhuǎn)型的基石”的技術(shù)到底是什么?本文將做簡單介紹。

氫能及燃料電池系列

隨著可再生能源時代的全面到來,減輕電網(wǎng)波動,平衡供需成為可再生能源發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。而解決這些問題的關(guān)鍵就在于儲能技術(shù)。氫儲能技術(shù)在儲能技術(shù)中有著無可比擬的優(yōu)勢。這項被德國能源署譽為“德國能源轉(zhuǎn)型的基石”的技術(shù)到底是什么?本文將做簡單介紹。

提到氫能,大家現(xiàn)在大提特提的多是氫燃料電池汽車的應(yīng)用,然而我們需要認識到一個事實:當(dāng)下工業(yè)界對氫能源的需求在氫能源市場中占主導(dǎo)地位。相比交通行業(yè),氫能的利用更加直接,沒了加氫站布局的困擾,所面臨的最主要的瓶頸就只是,怎樣低碳廉價的生產(chǎn)氫氣了,因此氫能在工業(yè)中的應(yīng)用更經(jīng)濟有效。本文將著重介紹氫能在石油化工和鋼鐵工業(yè)的應(yīng)用:

氫氣在石油化工領(lǐng)域應(yīng)用

化工行業(yè)當(dāng)中,大部分氫氣用于加氫處理、加氫裂化和脫硫。由于優(yōu)質(zhì)低硫燃料的需求激增,以及輕質(zhì)低硫燃油的減少,氫的需求量在不斷增長。過去氫氣本身是化工的副產(chǎn)品之一,然而現(xiàn)在需量增加,導(dǎo)致供需失衡,石化工業(yè)目前也在采取天然氣為原料進行氫氣的制備。根據(jù)現(xiàn)在情況假設(shè),估計到2030年,與2005年相比,煉油行業(yè)氫氣使用量將翻倍。

除去傳統(tǒng)燃料精煉之外,第二代的生物質(zhì)燃料生產(chǎn)中需要相當(dāng)數(shù)量的氫氣進行加氫脫氧。因此,無論對于在精煉過程中減少常規(guī)燃料的使用,還是在生物燃料的碳足跡改善中,氫燃料都扮演者重要的角色,尤其氫的脫碳具有顯著的影響。通過管道進行氫氣的輸送已經(jīng)有大量的實踐經(jīng)驗,在美國,現(xiàn)有的氫氣管道系統(tǒng)約為2 400公里,而在歐洲已有近1 600公里。

即使是最樂觀的估計,在氫能源需量激增的未來,仍然需要高能量密度液體燃料方便運輸。到2050年,石油基燃料仍可占全球運輸燃料總需求的60%,包括生物燃料在內(nèi)的所有液體燃料的市場份額約為80%。這樣的份額主要是由于在公路貨運,航空和航運中需要高能量液體燃料,并且還反映了使用氫氣或電力的替代車輛具有更高效率的事實,從而降低了它們在總運輸能量使用中的份額。由于所有液體燃料在生產(chǎn)過程中都需要氫氣,因此脫碳可以產(chǎn)生顯著的碳減排效應(yīng)。用低碳氫代替化石氫,到2050年每年可減少約100 MtCO2的二氧化碳排放量。

氫氣在鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

氫在鋼鐵工業(yè)中,往往是相關(guān)過程的中間產(chǎn)物,同時也能夠就地作為燃料消納。目前,71%的鋼鐵產(chǎn)量是基于傳統(tǒng)高爐,使用焦炭,煤和/或天然氣用作還原劑。堿性氧氣爐中,一般從鐵中除去過量的碳并產(chǎn)生液態(tài)鋼。

在焦炭生產(chǎn)(焦?fàn)t煤氣,COG)以及高爐(高爐煤氣,BFG)和堿性氧氣爐(堿性氧氣爐,BOFG)期間產(chǎn)生含氫氣體,一旦收集并處理后可在過程中重新使用,可替代其他化石燃料用于加熱。 2012年,約68%的鋼鐵生產(chǎn)過程循環(huán)使用了這部分氫氣。

在鋼鐵工業(yè)過程中更有效地使用副產(chǎn)物氫可以有助于提高整體能效并減少碳排放。為了最大限度地減少對氫氣工廠的投資需求,副產(chǎn)品氫氣也可以在市場引入的初期階段作為燃料電池電動汽車(FCEV)的燃料。 然而,為了在質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)中使用,氫氣需要經(jīng)過凈化和清潔,這些步驟會在經(jīng)濟性上帶來壓力。

富氫氣體也可用作鋼生產(chǎn)的替代方法中的還原劑。 DRI工藝和熔融還原(SR)工藝都可以在不需要焦炭的情況下生產(chǎn)。由于焦炭生產(chǎn)非常耗碳,因此在評估整個工藝鏈時可以實現(xiàn)二氧化碳減排。在DRI過程中,通過使用氫氣,可以進一步減少排放。 如果可以有效控制氫氣價格,使用CCS或可再生電力的化石燃料產(chǎn)生的氫可以顯著減少碳排放。

一些研究項目,如歐洲的超低二氧化碳煉鋼(ULCOS),致力于提高DRI和SR工藝的性能,并探索鐵礦石還原劑的替代品。在這些項目中,成功研發(fā)出高爐替代裝置,在過程中收集、處理和再利用高爐爐頂氣體作為還原劑。與傳統(tǒng)高爐相比,每噸生鐵的焦炭需求量已顯著降低。

在日本,根據(jù)COURSE 50研究項目開發(fā)的工藝能夠?qū)⒏粴銫OG引入高爐以減少碳排放。該研究項目還旨在從BFG中分離和回收二氧化碳。韓國財團POSCO / RIST也正在開發(fā)一種轉(zhuǎn)化工藝,通過蒸汽重整以COG和CO2為原料生產(chǎn)富氫氣體,可用于高爐或SR工藝中的鐵礦石還原。

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責(zé)任編輯:仁德財

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