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1、高效、环保的煤制氢及碳纳米管法I三1=1聂国印 2013年5 月（内蒙古自治区煤田地质局，内蒙 呼和浩特。）0 前言煤炭气化制氢的副产品CO有用于他用等环保措施跟进的必要，1然而在碳纳米 管的制备中恰好有co化学气相沉积法，二者的完美结合形成了 “高效、环保的煤 制氢及碳纳米管法”，这种方法也是氢能时代最高效、最环保的氢源和碳纳米管的制 备方法，发展前景无量。1.工艺流程图2 煤炭气化制氢原煤经过备煤单元处理后，经煤锁送入气化炉，蒸汽和来自空分的氧气作为气化 剂从气化炉下部喷入，在气化炉内煤和气化剂逆流接触，煤经过干燥、干馏和气化、 氧化后，生成粗合成气（主要组成为H、CO、CO、HC、HS、
2、油和高级烃）；粗合成2 2 4 2气经急冷和洗涤后送入CO变换单元；经过部分CO变换和工艺废热回收后进入酸性气体 脱除单元；脱除HS和CO及其它杂质后，得到H和CO混合气体（H占70%左右）进入氢2 2 2 2 气提纯单元；提纯后得到纯度99.5%的氢气。3煤炭气化制氢与煤制天然气的唯一区别是：粗合成气经酸性气体脱除单元得到H2 和CO混合气体（H占70%左右）后，制氢走氢气提纯单元，而制天然气走甲烷化单元。2煤制天然气成本为1.07元/m3，煤炭气化制氢成本不会很高。神华煤制油化工有限 公司于2008年12月实现了日产氢气6261,氢气纯度为99.5%。优点：技术成熟，成本低，资源丰富。缺点
3、：有CO捕捉深埋，CO用于他用等环2保措施跟进的必要。3 碳纳米管的制备碳纳米管是由石墨层片卷成管状物结构的一种新型纳米材料。其直径一般在一到 几十个纳米之间，长度则远大于其直径。碳纳米管可以只有一层也可以有多层，分别 称为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管拥有独特的物理化学、电学、热学和机 械性能，拥有十分诱人的应用前景。碳纳米管的制备方法很多，到目前为止，人们尝试了多种制备方法，如石墨电弧 法、热解法、激光蒸发法、等离子体法、化学气相沉积法（催化分解法）等等。其中， 电弧放电（arc discharge）、激光蒸发（laser ablation）和化学气相沉积（Chemical vapo
4、r deposition ,CVD）是碳纳米管的主要制备方法。当今世界公开报道高质、高 效、连续大批量工业化生产碳纳米管的实例：沸腾床催化法、化学气相沉积法。2化学气相沉积法（催化热裂解法）：CVD法是一种发展比较成熟的制备碳纳米管特 别是SWNTs的技术。通过激光等将过渡金属微粒和碳氢化合物同时加热到高温而使 碳氢化合物发生热解而产生的。基本原理：以含碳气体（一般为烃类气体或CO）为 给料气体（feedstock）供给碳源，在金属催化剂（过渡金属如Fe、Co、Mo、Ni等及 其氧化物）的作用下直接在衬底表面裂解合成出SWNTs。特点：由于制备时温度较 低（一般控制在5001000C）,生成的
5、SWNTs缺陷较少，同时设备简单、产率较高、 条件易控，CVD技术有着很好的工业化前景。参数控制：通过施加电场和控制给料的 气流方向，可以对SWNTs的生长方向进行控制；而通过控制作为催化剂的纳米颗粒 尺寸大小，可以控制合成的SWNTs的直径范围。CO化学气相沉积法：由于高压CO工艺的研制成功，CVD法也成为单壁碳纳米管 生产的主导工艺。以Mo作催化剂，可以由CO在1200C的石英管内歧化制备碳纳米管， 日产量已经达到公斤级。2目前碳纳米管的市场价格约为每克2-3美元或20多元人民币。54 物料平衡及产能的选择物料平衡应该以CO制备碳纳米管为主，选择中试规模，米用二套CO制备碳纳米 管设备平行
6、运转所需的CO气体量（年产吨级碳纳米管），来确定煤制氢气的产量，以 实现物料平衡。然后才能定做气化炉、配套的空分装置、变换装置、酸性气脱除装置、 氢气提纯装置等配套装置。中试就是通过中间试验为工业化生产摸索经验，克服不足。5 产品的销路氢气的销路一是销售给神华煤制油化工有限公司用于煤制油；一是政府配合引进 适量的氢燃料电池汽车就地消化。碳纳米管销售走市场，大专院校及科研院所，也可 以考虑自己开发下游产品。6 运作方式 上策：申请专利；中策：申请国家示范项目，国家出资进行；下策：企业出资独立进行。参考文献 1聂国印聂旭春城市建设理论研究“氢能时代”煤化工的思考20133第9期总第075 期2王全杰.王延青.1994-2012china Academic Journa IEIectronic PubIishing House AIIrights reser Ved 3任相坤.袁明.高聚忠.神华煤制氢技术发展现状.煤质技术. 2006年1月第1期. 4刘芹.邢涛.浅析煤制天然气的工艺流程与经济性.化工设计. 2010年. 03期. 5 百度百科 碳纳米管.
