[发明专利]一种二氧化碳零排放的化石燃料制氢方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳零排放的化石燃料制氢方法，属于制氢领域。

背景技术

能源是人类生存的基础，煤炭，石油，天然气在过去200多年的大量消耗促进了人类文明的快速进步，但同时也加剧了资源环境的约束，各国均把开发可再生能源作为重大战略计划。氢气不仅可作代替传统能源的洁净能源，同时也是化工，冶金及炼油等行业重要的气体原料。

按照制氢来源进行划分，有化石燃料制氢，生物质制氢及水制氢等。化石燃料制氢包括煤制氢、轻烃蒸汽转化制氢、石脑油制氢，甲醇转化制氢等；生物质制氢主要指微生物在常温常压下将生物质降解得到氢气，根据产氢机理，又可以分为暗发酵、光生物(光发酵和光解水)和光暗发酵耦合制氢3种类型；水制氢按照所消耗能源可分成电解水制氢、光解水制氢、热解水制氢和热化学循环水分解制氢等。

生物制氢具有清洁和不消耗矿物资源等突出优点，但是还处于实验室小型试验的阶段，试验数据亦为短期试验结果，即便瞬时产氢率较高，工业化运行能否获得较高产氢量尚待探讨，无法规模化生产；电解水制氢是制备高纯度氢气的最主要来源，尽管技术成熟、工艺简单，但由于采用直接电解方式，综合考虑发电效率，能量消耗大，成本高。光解水制氢是利用太阳能，未来工业化应用潜力巨大，但是光能利用效率和产氢速率较低，且目前无合适的催化剂。

当前，全球氢气来源主要以化石燃料为主，约占96％，水电解制氢约占3％；化石燃料制氢技术成熟，虽然目前存在投资成本高和碳排放量大等问题，但在其他制氢技术尚不成熟的阶段，可作为过渡性的制氢方式。

化石燃料制氢可分为煤制氢、油品类制氢和天然气重整制氢等。煤制氢是利用气化方法将固态煤转化为气态氢气，可分为煤的气化和煤焦化副产制氢。煤制氢成本较低，按煤价160～560元/t测算，煤制氢的成本仅为0.55～0.83元/m³。而且结合我国煤炭资源分布情况，按照每吨煤制取约900m³氢气计算，全国累计约1900万亿m³，煤制氢的潜力巨大。但是煤制氢存在投资成本高和碳排放量大等问题，若能降低投资成本和控制碳排放，随着氢能应用市场的不断扩大，煤清洁制氢可为发展氢源提供保障。油类制氢的原料主要为石油深加工后的残余物以及常压/减压渣油等重油，重油是炼油过程中的残余物，市场价值不高，用来制氢具有一定的成本优势，随着石油的价格不断攀升，重油制氢成本优势逐步消失。天然气制氢技术主要包括水蒸气重整、部分氧化、自热重整、绝热催化裂解等。水蒸气重整工艺较为成熟，在高温高压条件下，甲烷与水蒸气经催化反应和水煤气变换反应最终生成氢气和二氧化碳。天然气部分氧化重整制氢指甲烷与氧气先进行部分氧化反应，再进行水煤气变换反应，最终同样制得氢气和二氧化碳。天然气制氢的问题在于制氢过程成本高，燃料成本占生产成本的52％～68％；过程中会排放大量的二氧化碳，不仅造成能源的浪费，也造成二氧化碳对全球气候的负面影响。

中国专利文献CN1544309A公开了一种近零排放的固体燃料无氧气化制氢方法。将煤或生物质固体燃料加入到压力循环流化床气化炉中，以水蒸气作为流化气化剂，以CaO吸收CO₂产生CaCO₃，除尘，净化产生高纯度氢气，CaCO₃再送回燃烧炉产生CaO，仍旧释放了CO₂。

中国专利文献CN105621357A公开了一种甲烷重整制氢方法，将移动床和固定床耦合起来，简化了装置建设及操作过程、节省了能耗，生产过程中以CaO和MgO为原料制备CO₂吸附剂，集中捕集CO₂，提高催化剂的使用效率，降低操作成本，混合气体经该装置得到氢气。

上述方法均是通过CaO进行吸附反应体系中的CO₂，得到的CaCO₃的后续处理没有提及或者再次煅烧仍旧产生CO₂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种二氧化碳零排放的化石燃料制氢方法；该方法将化石燃料和水蒸气进行气化反应，得到混合气经热回收、三相分离、除尘净化、一次脱硫、二次脱硫、碳转换、低温甲醇洗，获得高纯度H₂和CO₂，CO₂由氨气进行吸收制备三嗪醇产品；在获得高纯度H₂的同时又获得三嗪醇产品，全程无二氧化碳排放，实现化石燃料清洁化利用。

本发明是通过如下技术方案实现的：