氢气生产和消费的最大应用领域是合成氨,世界上约60%的氢用在合成氨上,在中国这一比例更高,约占80%以上。石汕炼制工业用氢量仅次于合成氨。随着国际油价不断攀升,许多炼厂寻求从重油、含酸原油中获得最大提高高价值产品的技术方案,而不是高价购买轻质、无硫原油。因此,作为油品质量改善主要手段的加氢裂化、加氢精制过程增长很快,氢气消耗量大幅度增长。目前,多数炼厂制氢装置开工率较高,有些炼厂甚至改变传统的自建氢装置的做法,选择由工业气体公司供应,因此商品氢产量的增长更快。美国是世界上主要的氢气生产和消费国,2006年氢气需求量约为900万吨,其中150万吨商品氢销售给炼油厂和化工厂。
迄今为止,炼油行业和化工行业大部分制氢装置采用天然气蒸汽转化工艺。如美国氢气产量的95%和全球约一半氢气供应是由天然气蒸汽转化工艺制得。天然气蒸汽转化工艺是迅速发展起来的成熟技术,但能耗高、生产成本高、设备投资大,在制氢过程中还伴有CO2排放。虽然天然气最初是价格适中的制氢原料,但在天然气价格不断升高,供应日趋紧张的情况下,利用天然气制氢的成本已经太高。以现有技术,小规模天然气转化装置生产氢气并送到用户的费用已高达40美元/百万BTU,此价格相当于汽油价格的4倍。因此,研究开发廉价的制氢新工艺和新技术具有重大意义。
氢气可从含氢材料中生产,例如水和矿物燃料。作为一种清洁能源,它是未来具有巨大潜力的可再生能源和重要的能源载体。电解水制氢通常规模小、成本高。因此,在未找到其他低成本生产氢气的替代资源之前,煤将是最经济的来源。美国能源部门指出:出于对全球气候变化和能源安全的关注,未来20年氢将在特定市场应用上取得突破,并且最终氢能将来自可再生能源。但矿物能源在这期间将仍然是主要的过渡资源。为此,美国能源部门正在大力推进能够大大降低煤制氢成本的新技术的研究,为6个大规模煤制氢项目提供科研经费,以解决大规模煤制氢和氢气储运技术面临的挑战,促进廉价氢气的大规模生产和利用,实现氢气的经济生产,从而减轻美国对进口石油的依赖,减少温室气体的排放。
毋庸置疑,随着世界范围内环境法规的日益严格和社会对清洁的氢能源的日益关注,对氢气的需求将逐渐增加。特别是燃料电池向商业化时代的迈进,氢气作为燃料电池的首选燃料,在未来交通和发电领域将具有广阔的市场前景,在未来能源结构中将占有越来越重要的位置。
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