煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术首个示范项目启动

生物质超临界水气化制氢
超临界水气化制氢是目前常用的生物质制氢技术之一。

该技术以超临界水为媒介，在高温高压条件下将生物质材料转化为可燃气体产物，其中包括氢气、甲烷和一些低碳烃。

相对于传统的生物质气化技术，超临界水气化制氢具有以下几个显著的优点：
一、高产率：由于超临界水具有较高的溶解度和扩散能力，因此，它能够有效地降低产物中的碳气体含量，从而提高产氢效率。

例如，在实验室中，采用超临界水气化的生物质材料甘蔗糖的制氢产率可达到49.4％，远高于常规气化技术的产氢率。

二、低能耗：超临界水是一种高能量密度的媒介，其温度和压力范围都在水的临界点以上。

在高压、高温条件下，水的密度和扩散速率都大大提高，因此，超临界水气化所需的反应温度和压力都较低，能够降低反应器的能量消耗和维护成本。

三、低污染：超临界水气化可以更好地降低生物质的污染物排放。

在实验条件下，超临界水气化相较于传统气化技术，氮气和二氧化碳含量分别降低了2.21%和1.18%。

由于其以上优点，超临界水气化制氢成为了生物质能利用中的重要技术之一，但存在着一些问题仍需解决。

首先，超临界水气化的反应条件较为苛刻，需要高温高压下反应，增加了反应器的成本；其次，超临界水气化产物中含有一定的甲烷和低碳烃，需要进一步分离和处理；最后，超临界水气化所选择的生物质材料和催化剂的选择也会影响反应的产率和热值。

总之，超临界水气化制氢是一项有望将生物质能有效转化为清洁能源的技术。

未来，我们需要进一步优化反应条件、生物质材料和催化剂的选择，提高超临界水气化的能量利用率和产氢率，从而实现生物质氢气的大规模生产和利用。

水制氢掺煤燃烧低碳发电技术水制氢掺煤燃烧低碳发电技术，听起来好像是个挺高大上的科技名词，但其实说白了，就是一种聪明的方式，既能让我们继续用煤，也能减少对环境的伤害。

你可能会想：“煤炭不就是黑乎乎的，污染严重的那玩意儿吗？怎么还能用它发电而不破坏环境呢？”嘿，别急，今天就带你一起看个透，什么是水制氢掺煤燃烧低碳发电技术。

首先啊，这个技术背后的核心就是“水制氢”。

你知道氢气吧，它可是个能源界的小明星，清洁、高效，不污染环境。

传统上，氢气大多是通过天然气等化石燃料来制造的，虽然能够提取氢气，但同时也会排放大量的二氧化碳，对环境造成不小的压力。

现在呢，我们的科学家发现了一个大招，就是利用水来分解出氢气。

简单说，就是把水H2O给“拆解”成氢和氧。

你想，水这个东西咱们地球上有的是，随便捞几滴就能用上，简直是个取之不尽的能源宝藏。

不过，氢气也不是万能的。

它能量密度大，燃烧产生的能量很高，但如何把这些氢气和煤一起搞定，才是技术的关键。

这个水制氢掺煤燃烧技术，就是把制得的氢气掺进煤里，一起烧。

别看煤是一种老掉牙的能源，但这么一来，煤燃烧时就能更彻底、更干净了。

原本烧煤排放出来的大量二氧化碳，这时候大大减少了。

你知道吗？只要一点点氢气就能改变煤燃烧的性质，让这家伙释放出来的温室气体减少好多，简直是大快人心。

大家都知道，现在的世界，碳排放问题可是个大麻烦。

无论是空气质量，还是气候变化，都是煤炭燃烧带来的副作用。

为了减少这些不必要的麻烦，很多国家和地区都在大力推行低碳能源。

但现实就是这么不按套路出牌，光靠风能、太阳能这样的绿色能源，虽然理想，但在技术、成本、规模化这些方面，总是差点意思。

所以，大家才开始琢磨怎么利用现有的资源，像煤这种能源，来做一些“转型升级”，在不完全依赖绿色能源的情况下，减少碳排放，做到“低碳发电”。

这项技术一旦成熟，那可真是功夫到位，了不起。

大家可能会想，“煤还是煤，怎么突然就变得环保了？”其实很简单，它是通过把氢气引入煤的燃烧过程中，增加了燃烧的效率，让煤燃烧时能更干净地释放能量，而且产生的二氧化碳和其他污染物比传统燃烧少了不少。

中国科学院山西煤炭化学研究所/山西省太原市桃园南路27号中国科学院山西煤炭化学研究所是高技术基地型研究所，主要从事能源环境、先进材料和绿色化工三大领域的应用基础和高技术研究与开发。

前身是中国科学院煤炭研究室，于1954年在大连中国科学院石油研究所（即现在的中国科学院大连化学物理研究所）挂牌成立。

1961年，煤炭研究室扩建为中国科学院煤炭化学研究所并开始向太原搬迁。

1978年9月改名为中国科学院山西煤炭化学研究所并沿用至今。

山西煤化所在各个历史时期为国家经济建设和科学技术的发展做出了应有的贡献。

山西煤化所共计获得全国科学大会奖、国家发明奖、国家科技进步奖、中国科学院科技成果奖、发明奖、自然科学奖、杰出成就奖以及省部级成果奖180多项，获准国家授权专利570多项。

山西煤化所在我国的煤炭能源转化、先进材料和绿色化工研发领域发挥着重要的作用。

全国人大副委员长、中国科学院院长路甬祥在视察山西煤化所时欣然题词：发展高科技，实现产业化，为我国洁净能源与先进材料技术与产业作出战略性贡献。

主要研究部门和领域煤转化国家重点实验室煤转化国家重点实验室于1991年利用世界银行贷款筹建，1995年建成开放。

实验室基于我国经济发展对煤炭高效洁净利用的需求，结合国际发展趋势，开展煤高效洁净转化为燃料及化学品和材料的科学和技术应用基础研究，重点研究核心科学问题和相关前沿课题，综合协调地发展煤化学、物理化学、材料和工程科学，为实现洁净煤技术的创新提供科学依据和工程化基础。

主要研究内容为：煤直接转化过程的化学与工程基础、煤经合成气间接转化的一碳化学与工程、煤转化相关的环境化学与工程、化学反应工程与计算机模拟、煤转化相关的能源环境新材料。

中国科学院炭材料重点实验室中国科学院炭材料重点实验室的前身是中国科学院山西煤炭化学研究所炭材料研究室。

该研究室创建于1962年，是我国最早从事新型碳材料研发的机构之一。

重点研究新型碳材料制备过程中的相关科学基础问题、关键技术和共性技术。

华能天津IGCC技术创新路向何方“我们的机组排放，粉尘小于0.6毫克/立方米，二氧化硫小于0.9毫克/立方米，氮氧化物小于50毫克/立方米，好于或接近燃气发电国家排放标准，而且氮氧化物仍有进一步降低的空间。

”6月24日，在位于天津的华能IGCC电厂，该厂副总经理兼总工程师张旭对记者说。

IGCC(整体煤气化联合循环发电系统)因发电效率高、污染物排放低的优点早已在世界范围内被公认，但目前IGCC面临着共同的发展困境，一是部分技术和工艺还需要进一步优化和完善，二是建设、运营成本高，几乎难以实现赢利，世界上大部分IGCC电厂都处于亏损状态。

华能IGCC电厂之所以叫“示范工程”，目的也是通过对IGCC技术的探索和验证，摸索经验，最终实现商业化运营，达到可推广、可复制的目的。

该厂总装机容量26.5万千瓦，2012年11月试运行，是中国第一座、世界第六座已投产的大型煤基IGCC电站。

这项目前在国际上被验证的、能够工业化的、最具发展前景的清洁高效煤电技术在我国到底发展到了何种地步，记者走进IGCC，一探究竟。

IGCC是什么，为什么要搞IGCC?IGCC不同于常规燃煤电站之处在于，它是将煤经过气化产生合成煤气(主要成分是一氧化碳和氢气)，经除尘、水洗、脱硫等净化处理后，洁净煤气到燃气轮机燃烧驱动燃气轮机发电，燃机的高温排气在余热锅炉中产生蒸汽，驱动汽轮机发电。

从1984年美国冷水电厂10万千瓦的IGCC技术验证成功开始算起，IGCC的发展已经有30年的历史了。

其间，美国、欧洲和日本都开发了各自的IGCC技术。

在中国之前，全球已经有五座投入运营的IGCC电厂。

IGCC被普遍认为是一种很有前景的洁净煤发电技术。

即使在几乎完全依靠进口煤炭的日本，也于2007年9月建成了25万千瓦的IGCC商业示范项目，并正将其技术在澳大利亚等国外市场推广。

IGCC电站的成本高是公认事实，但也有业内人士旗帜鲜明地指出，如果因为成本高而不去建设，它的成本就永远不可能降下来，特别是对于70%的一次能源消费要依靠煤炭的中国而言，IGCC是必须重视的技术方向。

煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术
我国以煤为主的能源结构短期内不会改变，现有燃煤发电技术主要利用煤炭在空气中的燃烧放热，将煤炭化学能转化为热能加热水-蒸汽用于做功-发电；常规煤气化技术主要利用煤炭在空气中的部分氧化-气化反应制取合成气。

上述两类转化利用过程中煤的能量品质损耗大，且不可避免地生成大量SOx、NOx、固体颗粒物、重金属污染物及低浓度温室气体等，减排成本高，急需研发一种全新的煤炭清洁高效发电及转化利用技术，解决我国可持续发展面临的能源短缺和环境污染两个重大难题。

“煤炭超临界水气化制氢发电”的技术原理
图1超临界水煤气化制氢发电原理图
AA交通大学动力工程多相流国家重点实验室独创性地提出一种以水相环境煤气化为核心的新型煤制氢及发电理论与技术[1]，它利用水在超临界状态（温度和压力达到或超过临界点374.3℃/22.1MPa）下一系列独特的物理化学性质，将超临界水用作煤气化的均相、高速反应媒介，将煤中的氢、碳元素气化转化成为H2和CO2，并将部分水分解为氢气，从而实现煤的高效、洁净转化利用（图1）。

过程中煤里所含的N、S、金属元素及各种无机矿物质在反应器内净化沉积于底部以灰渣形式间隙排出反应器；已溶解有H2和CO2等气体的超临界混合工质离开气化反应器后可以供热、供蒸汽并分离得到高纯H2和CO2等产品，也可以将其中的H2等可燃气体燃烧放热后生成H2O和CO2超临界混合工质引入轮机直接做功带动发电机发电。

在获得清洁能源H2和电的同时，从源头上实现NOx、SOx的零排放和CO2的资源化利用，其发电和制氢效率远高于传统燃煤或煤气化技术，而一次投资和运行成本在大型化后也将低于传统技术。

国家７００℃超超临界燃煤发电技术卓有成效国家700℃超超临界燃煤发电技术研发计划正式启动以来，围绕联盟机制建设、课题组织和技术研发开展了卓有成效的工作，为全面展开和深入推进700℃研发计划打下了坚实基础。

目前，国家700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟的组织架构和组成已基本确定。

通过联盟第一次理事会及技术委员会会议成立了联盟理事会，理事长由国家发改委副主任、国家能源局局长刘铁男担任，讨论通过了国家700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟章程和技术委员会工作规则。

联盟理事会下设秘书处和技术委员会，经秘书处办公会讨论，细化和完善了秘书处组织体系和工作规则，建立了联盟内部文件流转体系;技术委员会下设置了系统及工程方案、锅炉、汽轮机和材料四个专项工作组，负责组织推进各项技术研发。

700℃计划研发工作成效显著。

一是通过广泛征求相关领域专家意见，确定了我国700℃计划研发技术路线和总体研发计划，并细化形成总体方案设计、耐热合金研发、关键部件研制、试验验证平台建设和示范工程建设五个分项计划，拟利用10年左右时间，全面掌握核心技术，建成我国700℃发电示范工程。

二是申报了“国家700℃超超临界燃煤发电关键技术与设备研发及应用示范”(国家能源局发布)和“700℃超超临界燃煤发电主要设备关键技术研究”(科技部发布)两个科研项目，其中国家能源局安排的项目已经签订合同，并拨付首批经费。

三是启动并有序推进耐热材料和机组初参数研究工作。

通过对700℃机组耐热材料的筛选、开发、评定和优化总体方案研究，划分了高温部件温度范围，初步确定了部分备选材料和耐热材料重点研发内容。

通过对我国700℃机组的初参数、容量和主要设备总体方案专题研讨，初步确定我国700℃计划示范机组容量采用600MW等级，压力和温度参数为35MPa/700℃/720℃，机组采用紧凑型布置，再热方式按照一次再热和二次再热两种方案开展研究，最终参数和方案将根据研究进展和技术经济论证确定。

煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术我国以煤为主的能源结构短期内不会改变，现有燃煤发电技术主要利用煤炭在空气中的燃烧放热，将煤炭化学能转化为热能加热水-蒸汽用于做功-发电；常规煤气化技术主要利用煤炭在空气中的部分氧化-气化反应制取合成气。

上述两类转化利用过程中煤的能量品质损耗大，且不可避免地生成大量SOx、NOx、固体颗粒物、重金属污染物及低浓度温室气体等，减排成本高，急需研发一种全新的煤炭清洁高效发电及转化利用技术，解决我国可持续发展面临的能源短缺和环境污染两个重大难题。

“煤炭超临界水气化制氢发电”的技术原理图1超临界水煤气化制氢发电原理图AA交通大学动力工程多相流国家重点实验室独创性地提出一种以水相环境煤气化为核心的新型煤制氢及发电理论与技术[1]，它利用水在超临界状态（温度和压力达到或超过临界点374.3℃/22.1MPa）下一系列独特的物理化学性质，将超临界水用作煤气化的均相、高速反应媒介，将煤中的氢、碳元素气化转化成为H2和CO2，并将部分水分解为氢气，从而实现煤的高效、洁净转化利用（图1）。

过程中煤里所含的N、S、金属元素及各种无机矿物质在反应器内净化沉积于底部以灰渣形式间隙排出反应器；已溶解有H2和CO2等气体的超临界混合工质离开气化反应器后可以供热、供蒸汽并分离得到高纯H2和CO2等产品，也可以将其中的H2等可燃气体燃烧放热后生成H2O和CO2超临界混合工质引入轮机直接做功带动发电机发电。

在获得清洁能源H2和电的同时，从源头上实现NOx、SOx的零排放和CO2的资源化利用，其发电和制氢效率远高于传统燃煤或煤气化技术，而一次投资和运行成本在大型化后也将低于传统技术。

图2 超临界水煤气化制氢发电工艺流程简图AA交通大学动力工程多相流国家重点实验室自1997年开始系统研究了煤、生物质及有机废弃物的超临界水气化制氢，初步揭示了超临界水气化反应动力学规律及多相催化机理[2]，建立了超临界水气化制氢热力学模型[3]，提出了“超临界水煮煤能源转化[1]”、“连续式超临界水气化流态床反应器[4-7]”等全新原理和技术。

‘超临界水蒸煤’概述及解释说明1. 引言1.1 概述在能源领域，煤炭被广泛使用并持续为人们的生活和工业发展提供着稳定可靠的能源来源。

然而，传统的燃煤过程中存在一系列环境和能源效率问题，如高排放量、低能源利用率等。

因此，如何提高煤炭利用效率、减少污染排放成为了当前工业界和学术界所面临的重要问题。

超临界水蒸煤技术作为一种创新性的解决方案逐渐引起了广泛关注。

这种技术是通过将水蒸气置于超临界状态下与煤直接接触反应，实现对煤中有机组分的高效提取和转化，同时具备清洁高效、资源可持续利用等特点。

1.2 文章结构本文旨在全面概述和解释超临界水蒸煤技术。

文章结构主要分为五个部分：引言部分将对文章整体进行概述；定义与特点部分将详细解释超临界水蒸煤技术及其相关特性；应用领域分析将介绍该技术在燃料化工领域和热能利用领域中的具体应用，并探讨其他领域中的潜在应用；技术发展现状与挑战分析将总结目前该技术的研究进展，并指出所面临的挑战和难题，同时提供相应的解决方案和前景展望；结论与未来展望部分将对全文进行总结概括，同时提出对超临界水蒸煤技术未来发展的建议。

1.3 目的本文旨在深入探索超临界水蒸煤技术，以促进对该技术的更全面理解。

通过对其定义、特点以及应用领域进行分析，可以为相关工业发展和政策制定提供科学依据。

此外，对超临界水蒸煤技术当前发展情况及面临挑战的综合分析，有助于优化解决方案并为未来该技术的进一步发展提供建议。

这是引言部分，请您查看是否满意。

2. 超临界水蒸煤的定义与特点2.1 超临界条件下的水蒸气超临界条件是指物质在高于其临界温度和临界压力的情况下存在的状态。

对于水蒸气来说，超临界条件就是指高于374摄氏度和22.1 MPa（兆帕）的温度和压力。

在这种条件下，水不再以液态或气态的形式存在，而是处于介于两者之间的状态。

2.2 超临界水蒸煤的概念及意义超临界水蒸煤是指将煤在高温高压的超临界水环境中进行氧化反应，产生合成气和其他有用化学品。