《洁净煤技术》“氢能与燃料电池”虚拟专题（一）

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《洁净煤技术》“氢能与燃料电池”虚拟专题（一）

来源：洁净煤技术

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行业视野: 洁净煤技术
类别; 114个
关键词; 115位
专家; 25篇
论文; 23280IP
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热化学硫碘循环水分解制氢研究进展

作者(Author)：王智化, 曾俊杰, 何勇, 李明阳, 王晓丁

摘要：随着化石能源日益短缺和环境污染日益严重,寻求高效、清洁、可再生能源迫在眉睫。氢能作为现代能源体系新密码,因清洁、可再生、可存储、用途广泛等优点,近年来受到广泛关注。目前制氢方式众多,但大规模、高效、低成本、绿色的制氢方式才是未来氢能经济的基础。其中,热化学硫碘循环(也称碘硫循环)水分解制氢因具备上述优点被认为是最具发展潜力的制氢方法之一。从Bunsen反应、H2SO4分解和HI分解3方面综述了热化学硫碘循环水分解制氢的基础研究情况,对目前各国已建立的硫碘循环系统进行总结,着重介绍了核能耦合硫碘循环制氢流程的最新进展。从经济、环保和安全方面对目前核能耦合硫碘制氢进行分析讨论,以期为未来研究和发展提供新思路。针对Bunsen反应部分,寻找一种高效分离反应物的新方法至关重要;而对H2SO4分解和HI分解部分,现阶段主要研究仍集中在开发稳定、高效、低成本的催化剂。经过几十年研究,热化学硫碘循环水分解制氢技术已取得长足发展。在实际产氢中,苛刻的高温高腐蚀环境、复杂的耦合流程是限制其规模化、工业化的主要原因,开发由工业结构材料制成的耐腐蚀和耐热系统,继续对耦合流程进行优化和模拟是未来热化学硫碘循环水分解制氢技术的发展方向。

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2023年第11期

1446

644
基于煤氢协同与柴油动力的露天矿卡综合排放性对比

作者(Author)：刘少权, 王海军, 史翊翔

摘要：矿卡运输是露天煤矿的关键生产系统,随着绿色低碳和清洁环保要求的提高,能源转化和矿卡动力系统运行是露天煤矿大气污染物和温室气体排放的主要来源之一,其已成为研究热点。为研究露天矿卡能源与动力方案综合排放性,以某露天煤矿及其运输系统作为研究对象,对能源转化和矿卡动力2个子系统设计了3种基于煤氢协同的技术方案及另外1种传统技术路线的对比方案,确定研究范围和边界条件,建立研究模型和数据清单,以10a为周期对运输1m3·km的土石方或煤炭的燃料周期过程中的大气污染物和温室气体排放进行定量分析和对比。结果表明方案2采用绿氢动力的综合排放性最好,方案1和3可将排放从矿卡动力转移到能源转化环节,有利于采取集中有效措施进行减排,方案1的减排重点为脱硫和除尘,方案3和方案4的减排重点为CO2捕集、封存和利用,方案4矿卡柴油动力系统的大气污染物CO和HC+NOx排放量大,减排技术难度大,有必要开展矿卡新型清洁高效动力系统研究。

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2023年第11期

686

316
制储氢技术经济性分析与前景展望

作者(Author)：丁宁, 陈千惠, 刘丹禾, 齐文义

摘要：氢气不仅是一种重要的工业资源,也是“零碳社会”下重要的清洁能源,氢能技术在交通、能源、冶金和化工等领域拥有广阔的应用前景。不过,生产成本、储运技术、安全问题等也长期制约着氢能,尤其是绿氢的应用发展。应明确的是,无论高压储运、氢液化等物理储运方式,或基于“PowertoX”策略的化学储氢方式,均难以避免高额的全周期能耗。在理解过程能效,考虑不同储运方式下氢能全生命周期成本的基础上,对比各类技术经济性。其中,液氢和液氨的燃料利用途径在不同时期下均具有良好的经济性,更适宜用作氢能大规模供热供电场下的储运技术。基于此,对制、储氢技术及成本期望进行了归纳,并讨论了氢(氨)能源在大规模发电领域应用的技术经济问题,借鉴不同国家地区氢能发展思路,以期对我国氢能储运技术发展提供参考。

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2023年第10期

817

535
厨余垃圾烘焙-气化制氢模拟研究与㶲和技术经济分析

作者(Author)：赵常希, 谢迪, 黄经春, 乔瑜, 徐明厚

摘要：烘焙是一种极具前景的厨余提质预处理手段,能显著提升后续气化合成气品质,但其技术经济可行性尚待评估。基于此,提出一种厨余烘焙-气化制氢工艺,并与直接气化制氢工艺比较,对2种工艺进行热力学分析和经济分析,评估其可行性。利用AspenPlus研究了气化温度和水碳比(η)对厨余直接气化和烘焙-气化2种工艺制氢能力的影响。研究发现,温度和η提高了2种工艺的制氢能力,温度950℃,η为1.5~2.0为厨余直接气化和烘焙-气化工艺较理想的操作参数。通过分析效率和经济效益,对5.5万t/a含水率55%的厨余烘焙-气化制氢工艺进行综合评价,以探究该工艺的可行性。结果表明:引入烘焙预处理,总损增加813.2kW,占整个工艺的10.5%。直接气化系统的效率为56.7%,烘焙-气化系统效率较直接气化提升2.8%。从经济角度分析,烘焙-气化设备总投资成本为512万美元,年运行成本为297万美元,最低H2销售价格为2.94美元/kg,直接气化工艺最低H2销售价格则升高9.5%。因此,厨余的烘焙-气化工艺制氢无论在热效率还是经济成本上相比直接气化更具优势。

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2023年第09期

659

416
煤炭地下气化制氢技术路径

作者(Author)：刘淑琴, 戚川, 纪雨彤, 刘欢, 曹頔

摘要：氢气是未来国家能源体系的重要组成部分,是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体。绿色经济的氢气规模化供给是未来能源体系发展的迫切需要。煤炭地下气化技术可将地下煤炭原位高效转化为富氢气体,并将产生的二氧化碳回注气化空腔进行地质封存,有望成为一种煤炭低成本供氢路径。重点解析了煤炭地下气化过程富氢气体的析出机制,总结了典型煤炭地下气化制氢工程案例,对比了不同制氢技术路线的氢气成本,深化了耦合CCUS的深部煤炭地下气化制氢路径。研究结果表明,煤炭地下气化过程富氢气体的析出包括煤层内的热解析氢、高温区的还原析氢以及低温气流通道中的水煤气变换。煤层内的中低温热解区范围较大,主要产生富氢气体H2与CH4,是产品气的重要组成部分;煤层富水特征和H2O(g)高气化活性使水蒸气还原制氢反应成为主导反应,低温长气流通道及气化灰渣的催化作用为原位水煤气变换制氢创造了条件。国内外典型示范项目运行数据验证了煤炭地下气化具有生产富氢气体的天然优势,其制氢成本远低于地面煤制氢和天然气制氢。气化空腔回注二氧化碳具有矿化固碳及物理碳封存的双重优势,深部煤炭地下气化制氢耦合气化空腔储碳,并联产化学品或协同深部驱油/驱替煤层气,有望形成二氧化碳近零排放的规模化低成本制氢技术路径。深部煤炭地下气化制氢耦合CCUS技术,对发挥新型能源体系支柱作用,解决化石能源制氢碳排放难题具有重要意义,是符合中国国情的化石能源清洁转型发展路径。

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洁净煤技术

2023年第08期

1488

533
我国新能源风光发电制氢成本动态测算

作者(Author)：孙旭东, 成雪蕾, 王树萌, 王佳伟, 赵玉莹, 张博

摘要：新能源发电制氢技术不断成熟,制氢成本直接影响氢能产业商业化推广与应用｡针对电解水制氢技术方案投入与运营成本变化,基于新能源产业风光发电成本视角构建了碱性(ALK)电解槽+风电､质子交换膜(PEM)电解槽+风电､碱性(ALK)电解槽+光伏发电､质子交换膜(PEM)电解槽+光伏发电4种电解水制氢组合方案的成本动态测算模型,并通过敏感性分析研究了相关因素对制氢成本的影响｡结果表明:4组方案制氢成本在研究期内(2017—2020年)分别降低了13.95%､29.22%､19.55%和31.03%,2020年制氢成本分别为17.90､28.27､21.54和32.23元/kg,而能耗和发电成本是降低4种方案制氢成本最具潜力的影响因素｡同时,对比分析了其他电源及传统化石能源制氢等不同制氢技术工艺的经济性,不同制氢情景下,制氢成本由低到高分别为煤制氢､工业副产氢､天然气制氢､煤制氢+碳捕获收集(CCS)､ALK风电制氢､甲醇制氢､ALK 光伏制氢､ALK谷电制氢､PEM光伏制氢和PEM谷电制氢｡

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2023年第06期

1401

582
以气化煤气为燃料的固体氧化物燃料电池热电联供系统设计

作者(Author)：罗丽琦, 谢广元, 王绍荣

摘要：煤炭在相当长一段时间内仍将是我国的主要能源，提高其利用效率对减碳具有重要意义；固体氧化物燃料电池(SOFC)是最高效的能量转化装置，二者结合将实现煤炭资源的最大化利用，助力新老能源的平稳过渡。但传统煤炭气化工厂产出的煤气中灰分、硫等杂质含量高，不能直接作为SOFC燃料，针对煤炭气化和净化过程以及燃料电池发电和热回收系统进行设计与模拟。使用Aspen Plus软件建立煤炭裂解、煤炭气化、煤炭净化、煤气冷却热回收、SOFC发电、尾气燃烧、蒸汽轮机发电、热水供应模块，使用软件内置Fortran模块对煤炭气化和SOFC发电的电化学过程进行建模，最终得到一种适合固体氧化物燃料电池的煤炭气化模块，气化效率为70.1%，该煤气主要含58% CO、32% H2，可直接通入燃料电池进行发电。模拟结果显示，该系统在拟定工作条件下，SOFC净发电效率可达37.54%，热水效率为35.11%，系统总体能量利用率可达78.58%。经灵敏度分析发现，采用适当的燃料利用率和燃料流量可有效降低系统运行成本，空气过量比在可选择范围内尽量选大。可实现煤炭的绿色、清洁高效应用。对煤炭气化燃料电池发电技术热电联供系统(IGFC-CHP)的全部过程进行了模型搭建，对IGFC-CHP的实现具有借鉴意义。

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2023年第05期

1019

511
煤气化燃料电池联合系统中固体氧化物燃料电池堆性能

作者(Author)：巴黎明, 熊星宇, 杨志宾, 彭苏萍

摘要：煤气化燃料电池联合系统是下一代高效、清洁发电技术的重要选择之一。为避免煤合成气在固体氧化物燃料电池堆内由于CO歧化反应形成积碳，需对合成气进行一定程度加湿。利用替代映射方法构建了固体氧化物燃料电池堆多物理场多尺度模型，分析不同加湿程度下的电堆性能。加湿后，电堆内水煤气变换反应速率显著增大，并与H2和CO的电化学反应相互影响。在电堆内电池流道入口附近，水煤气变换反应尤为强烈，将CO快速转变为H2，补充了H2电化学反应的消耗。但加湿程度的增大也会降低H2能斯特电势，抑制流道入口段附近的H2电化学反应速率。距流道入口大于60 mm的部分，CO和H2分压接近平衡，水煤气变换反应减弱，气体反应速率受电化学反应控制。流道入口段H/O体积分数比和C/O体积分数比都较低，易发生积碳。50%以上的加湿可显著降低电堆内的积碳风险。加湿会造成电堆性能下降，采用的合成气组成条件下，100%加湿造成电堆性能损失4.65%。

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洁净煤技术

2023年第03期

1019

488