聶國印 2013年5月

（內蒙古自治區煤田地質局，內蒙 呼和浩特。）

0.

前言

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工藝流程圖

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煤炭氣化制氫

原煤經過備煤單元處理後，經煤鎖送入氣化爐，蒸汽和來自空分的氧氣作為氣化劑從氣化爐下部噴入，在氣化爐內煤和氣化劑逆流接觸，煤經過乾燥、乾餾和氣化、氧化後，生成粗合成氣（主要組成為H2、CO、CO2、H4C、H2S、油和高階烴）；粗合成氣經急冷和洗滌後送入CO變換單元；經過部分CO變換和工藝廢熱回收後進入酸性氣體脫除單元；脫除H2S和CO2及其它雜質後，得到H2和CO混合氣體（H2佔70%左右）進入氫氣提純單元；提純後得到純度99。5%的氫氣。［3］

煤炭氣化制氫與煤制天然氣的唯一區別是：粗合成氣經酸性氣體脫除單元得到H2和CO混合氣體（H2佔70%左右）後，制氫走氫氣提純單元，而制天然氣走甲烷化單元。煤制天然氣成本為1。07元/m3，［4］煤炭氣化制氫成本不會很高。神華煤制油化工有限公司於2008年12月實現了日產氫氣626t，氫氣純度為99。5%。

優點：技術成熟，成本低，資源豐富。缺點：有CO2捕捉深埋，CO用於他用等環保措施跟進的必要。

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碳奈米管的製備

碳奈米管是由石墨層片捲成管狀物結構的一種新型奈米材料。其直徑一般在一到幾十個奈米之間，長度則遠大於其直徑。碳奈米管可以只有一層也可以有多層，分別稱為單壁碳奈米管和多壁碳奈米管。碳奈米管擁有獨特的物理化學、電學、熱學和機械效能，擁有十分誘人的應用前景。

碳奈米管的製備方法很多，到目前為止，人們嘗試了多種製備方法，如石墨電弧法、熱解法、鐳射蒸發法、等離子體法、化學氣相沉積法（催化分解法）等等。其中，電弧放電（arc discharge）、鐳射蒸發（laser ablation）和化學氣相沉積（Chemical vapor deposition ，CVD）是碳奈米管的主要製備方法。當今世界公開報道高質、高效、連續大批次工業化生產碳奈米管的例項：沸騰床催化法、化學氣相沉積法。［2］

化學氣相沉積法（催化熱裂解法）：CVD法是一種發展比較成熟的製備碳奈米管特別是SWNTs的技術。透過鐳射等將過渡金屬微粒和碳氫化合物同時加熱到高溫而使碳氫化合物發生熱解而產生的。基本原理：以含碳氣體（一般為烴類氣體或CO）為給料氣體（feedstock）供給碳源，在金屬催化劑（過渡金屬如Fe、Co、Mo、Ni等及其氧化物）的作用下直接在襯底表面裂解合成出SWNTs。特點：由於製備時溫度較低（一般控制在500～1000℃），生成的SWNTs缺陷較少，同時裝置簡單、產率較高、條件易控，CVD技術有著很好的工業化前景。引數控制：透過施加電場和控制給料的氣流方向，可以對SWNTs的生長方向進行控制；而透過控制作為催化劑的奈米顆粒尺寸大小，可以控制合成的SWNTs的直徑範圍。

CO化學氣相沉積法：由於高壓CO工藝的研製成功，CVD法也成為單壁碳奈米管生產的主導工藝。以Mo作催化劑，可以由CO在1200℃的石英管內歧化製備碳奈米管，日產量已經達到公斤級。［2］

目前碳奈米管的市場價格約為每克2-3美元或20多元人民幣。［5］

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物料平衡及產能的選擇

物料平衡應該以CO製備碳奈米管為主，選擇中試規模，採用三套CO製備碳奈米管裝置平行運轉所需的CO氣體量（年產噸級碳奈米管），來確定煤制氫氣的產量，以實現物料平衡。然後才能定做氣化爐、配套的空分裝置、變換裝置、酸性氣脫除裝置、氫氣提純裝置等配套裝置。中試就是透過中間試驗為工業化生產摸索經驗，克服不足。

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產品的銷路

氫氣的銷路一是銷售給神華煤制油化工有限公司用於煤制油；一是政府配合引進適量的氫燃料電池汽車就地消化。碳奈米管銷售走市場，大專院校及科研院所，也可以考慮自己開發下游產品。

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運作方式

上策：申請專利；中策：申請國家示範專案，國家出資進行；下策：企業出資獨立進行。

參考文獻

［1］聶國印．聶旭春．城市建設理論研究．“氫能時代”煤化工的思考．2013．3第9期總第075期．

［2］王全傑．王延青．1994-2012china Academic Journa IEIectronic PubIishing House AIIrights reser Ved．

［3］任相坤．袁明．高聚忠．神華煤制氫技術發展現狀．煤質技術．2006年1月第1期．

［4］劉芹．邢濤．淺析煤制天然氣的工藝流程與經濟性．化工設計．2010年．03期．

［5］百度百科 碳奈米管．