氢在工业应用上的潜力

在俯瞰大海的草地上,一个氢罐设施坐落在风力涡轮机旁边。在工业世界中,氢的使用还不是普遍存在的,但它有着悠久的历史;这并不新鲜。许多工业部门都使用氢为其工业过程提供动力。对一些人来说,问题是为什么氢还没有成为全球的主流,更重要的是,在一个资源稀缺和环境危机的世界里,它在现代应用中有多大的实用性?在这篇文章中,我们将考察氢在一个多世纪以来一直依赖煤炭和碳排放燃料的工业中的可行性。

氢的工业用途

氢常被用作催化剂或生产化学产品(和副产品)的主要成分。在各种化学炼制工业中,它变得越来越普遍,但最普遍的是三个部门——氨、甲醇和石油炼制。

在氨生产中使用氢

氨生产对许多用途都至关重要,包括制冷剂气体、水净化和制造业。然而,80%的氨产量用于农业化肥。

未来30年,氨的产量预计将增加40%。需要注意的是,由于传统的氨生产依赖天然气和化石燃料,会对环境造成损害。

然而,氨生产商使用更多的氢气,因为它是清洁和可再生的。更重要的是,工程师们可以使用哈伯工艺制造“绿色氨”,该工艺包括从空气中分离出氮和水的电解氢。这种方法可以显著减少与传统氨生产相关的排放。

氢在甲醇生产中的使用

虽然甲醇可以从各种来源生产,但其主要来源是排放碳的化石燃料和石油。当然,这些气体(和化合物)的合成会导致有害排放,并可能威胁野生动物。

然而,问题不在于甲醇本身。它是一种比其他燃料更便宜的替代品,比汽油的易燃性风险更低,而且由于它可以从多种来源生产,因此具有更大的能源安全性。

这就是氢气可以替代甲醇生产的原因。它比化石燃料清洁得多,而且广泛使用。因此,越来越多的甲醇生产商将氢与脱氢的纯一氧化碳(CO2)结合,将其作为生产源。

氢在炼油中的使用

任何熟悉石油中的硫(俗称酸性原油)的人都知道这种化合物有多麻烦。硫是不可取的,因为燃烧时它会转化为硫氧化物,导致酸雨和其他破坏环境的污染物。

炼油厂现在广泛使用氢来去除石油产品中的硫,比如柴油燃料——在美国每天使用的氢多达13.3亿标准立方英尺(SCF)。推而广之,这导致了“更清洁”的燃料,因为它们在燃烧时释放的硫氧化物更少。

随着石油峰值时代的临近,炼油厂使用氢变得越来越重要。随着石油生产需求的增加,碳排放也会增加。因此,石油行业必须找到更清洁的方法来处理原油,以减少这些排放。氢是一个可行的解决方案。

为什么氢还没有在全球范围内使用

在欧洲,政府官员已将能源重点转移到采用氢作为燃料来源。欧盟委员会宣布了一项努力40吉瓦的电解槽到2030年,在边界将水分解成氢。

德国就是一个显著的例子,它宣布了国家氢战略,投资82亿美元用于绿色氢生产的研发。所有这些似乎都是明智的举措,因为氢在许多行业都有帮助,如炼钢、混凝土生产等。他们也考虑到对石油日益增长的需求,但不利的一面是这会带来更高的碳排放。

在北美,情况完全不同。2020年,能源部宣布将在氢气研发方面投资6400万美元。这只是德国投资的一小部分。尽管美国公司和工业正在积极使用氢,但其95%的生产依赖于使用化石燃料的蒸汽精炼。

不愿意采用氢气生产的标准理由包括其高生产成本和高反应性(使其具有爆炸危险)。虽然这些都是真正值得关注的问题,但低成本生产氢气和安全储存氢气的方法正在不断改进。这表明,可能有必要增加对研究的关注,而不是过度依赖现有的方法。

用电加热器制造氢气

虽然氢的主流应用面临着一些障碍,但从理论上讲,氢的生产是直接的。制氢是一种热化学过程,利用热量释放氢,理想情况下是从有机来源,如生物质或水。

电加热器,比如华特科这里建造的那些,可以相对容易地促进这种提取氢的方法。这些加热器已经产生很少或没有排放,可以快速产生足够的热量。它们的操作成本也很低。如果使用氢气的需求增加,加热设备将很容易获得。

在华特科,我们制造了各种各样的电加热器,可以促进成熟的工艺,并支持新兴的工艺,如氢气生产。我们的团队可以帮助您选择所需的精确配置,以满足您的加热应用。

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