第1章　煤制氫（CTG）

我國是世界上開發利用煤炭最早的國家。2000多年前的地理名著《山海經》（現代多數學者認為《山海經》成書非一時，作者亦非一人。大約是從戰國初年到漢代初年楚和巴蜀地方的人所作，到西漢劉歆校書時才合編在一起）中稱煤為“石涅”，并記載了幾處“石涅”產地，經考證都是現今煤田的所在地。例如書中所指“女床之山”，在華陰西六百里，相當于現今渭北煤田麟游、永壽一帶；“女兒之山”，在今四川雙流和什邡煤田分布區域內；書中還指出“風雨之山”。顯然，我國發現和開始用煤的時代還遠早于此。在漢代的一些史料中，有現今河南六河溝、登封、洛陽等地采煤的記載。當時煤不僅用作柴燒，而且成了煮鹽、煉鐵的燃料。現河南鞏縣還能見到當時用煤餅煉鐵的遺跡。漢朝以后，稱煤為“石墨”或“石炭”。可見我國勞動人民有悠久的用煤歷史。

煤制氫技術發展已經有200年歷史，在中國也有近100年歷史。

我國是煤炭資源十分豐富的國家，目前，煤在能源結構中的比例高達70%左右，專家預計，即使到2050年，我國能源結構中，煤仍然會占到50%。如此大量的煤炭使用將放出大量的溫室氣體CO2。現在我國已經是世界CO2排放第一大國，受到巨大的國際壓力。潔凈煤技術將是我國大力推行的清潔使用煤炭的技術。在多種潔凈煤技術中，煤制氫，可以簡稱為CTG（coal to gas），將是我國最重要的潔凈煤技術，是清潔使用煤炭的重要途徑。

以煤為原料制取H2的方法主要有兩種：一是煤的焦化（或稱高溫干餾），二是煤的氣化。焦化是指煤在隔絕空氣條件下，在900～1000℃制取焦炭，副產品為焦爐煤氣。焦爐煤氣組成中含H2 55%～60%（體積分數）、甲烷23%～27%、一氧化碳6%～8%等。每噸煤可得煤氣300～350m3，可作為城市煤氣，亦是制取H2的原料。煤的氣化是指煤在高溫常壓或加壓下，與氣化劑反應轉化成氣體產物。氣化劑為水蒸氣或氧氣（空氣），氣體產物中含有H2等組分，其含量隨不同氣化方法而異。氣化的目的是制取化工原料或城市煤氣。大型工業煤氣化爐如魯奇爐是一種固定床式氣化爐，所制得煤氣組成為氫氣37%～39%（體積分數）、一氧化碳17%～18%、二氧化碳32%、甲烷8%～10%。我國擁有大型魯奇爐，每臺爐產氣量可達100000m3/h。氣流床煤氣化爐，如德士古（Texaco）氣化爐，采用水煤漿為原料。目前已建有工業生產裝置生產合成氨、合成甲醇原料氣，其煤氣組成為H2 35%～36%（體積分數）、一氧化碳44%～51%、二氧化碳13%～18%、甲烷0.1%。甲烷含量低為其特點。我國現有大批中小型合成氨廠，均以煤為原料，采用固定床式氣化爐，可間歇操作生產制得豐水煤氣或水煤氣。氣化后制得含氫煤氣作為合成氨的原料，這是一種具有我國特點的取得氫源方法。該裝置投資小，操作容易，其氣體產物組成主要是氫氣及一氧化碳。

我國從低變質程度的褐煤到高變質程度的無煙煤都有儲存。按中國的煤種分類，其中煉焦煤類占27.65%，非煉焦煤類占72.35%，前者包括氣煤（占13.75%），肥煤（占3.53%），主焦煤（占5.81%），瘦煤（占4.01%），其他為未分牌號的煤（占0.55%）；后者包括無煙煤（占10.93%），貧煤（占5.55%），弱黏煤（占1.74%），不黏煤（占13.8%），長焰煤（占12.52%），褐煤（占12.76%），天然焦（占0.19%），未分牌號的煤（占13.80%）和牌號不清的煤（占1.06%）［1］。其中，褐煤是煤化程度最低的礦產煤，一種介于泥炭與瀝青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。褐煤化學反應性強，在空氣中容易風化，不易儲存和運輸，燃燒時對空氣污染嚴重。