第1章　煤制氢（CTG）

我国是世界上开发利用煤炭最早的国家。2000多年前的地理名著《山海经》（现代多数学者认为《山海经》成书非一时，作者亦非一人。大约是从战国初年到汉代初年楚和巴蜀地方的人所作，到西汉刘歆校书时才合编在一起）中称煤为“石涅”，并记载了几处“石涅”产地，经考证都是现今煤田的所在地。例如书中所指“女床之山”，在华阴西六百里，相当于现今渭北煤田麟游、永寿一带；“女儿之山”，在今四川双流和什邡煤田分布区域内；书中还指出“风雨之山”。显然，我国发现和开始用煤的时代还远早于此。在汉代的一些史料中，有现今河南六河沟、登封、洛阳等地采煤的记载。当时煤不仅用作柴烧，而且成了煮盐、炼铁的燃料。现河南巩县还能见到当时用煤饼炼铁的遗迹。汉朝以后，称煤为“石墨”或“石炭”。可见我国劳动人民有悠久的用煤历史。

煤制氢技术发展已经有200年历史，在中国也有近100年历史。

我国是煤炭资源十分丰富的国家，目前，煤在能源结构中的比例高达70%左右，专家预计，即使到2050年，我国能源结构中，煤仍然会占到50%。如此大量的煤炭使用将放出大量的温室气体CO2。现在我国已经是世界CO2排放第一大国，受到巨大的国际压力。洁净煤技术将是我国大力推行的清洁使用煤炭的技术。在多种洁净煤技术中，煤制氢，可以简称为CTG（coal to gas），将是我国最重要的洁净煤技术，是清洁使用煤炭的重要途径。

以煤为原料制取H2的方法主要有两种：一是煤的焦化（或称高温干馏），二是煤的气化。焦化是指煤在隔绝空气条件下，在900～1000℃制取焦炭，副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组成中含H2 55%～60%（体积分数）、甲烷23%～27%、一氧化碳6%～8%等。每吨煤可得煤气300～350m3，可作为城市煤气，亦是制取H2的原料。煤的气化是指煤在高温常压或加压下，与气化剂反应转化成气体产物。气化剂为水蒸气或氧气（空气），气体产物中含有H2等组分，其含量随不同气化方法而异。气化的目的是制取化工原料或城市煤气。大型工业煤气化炉如鲁奇炉是一种固定床式气化炉，所制得煤气组成为氢气37%～39%（体积分数）、一氧化碳17%～18%、二氧化碳32%、甲烷8%～10%。我国拥有大型鲁奇炉，每台炉产气量可达100000m3/h。气流床煤气化炉，如德士古（Texaco）气化炉，采用水煤浆为原料。目前已建有工业生产装置生产合成氨、合成甲醇原料气，其煤气组成为H2 35%～36%（体积分数）、一氧化碳44%～51%、二氧化碳13%～18%、甲烷0.1%。甲烷含量低为其特点。我国现有大批中小型合成氨厂，均以煤为原料，采用固定床式气化炉，可间歇操作生产制得丰水煤气或水煤气。气化后制得含氢煤气作为合成氨的原料，这是一种具有我国特点的取得氢源方法。该装置投资小，操作容易，其气体产物组成主要是氢气及一氧化碳。

我国从低变质程度的褐煤到高变质程度的无烟煤都有储存。按中国的煤种分类，其中炼焦煤类占27.65%，非炼焦煤类占72.35%，前者包括气煤（占13.75%），肥煤（占3.53%），主焦煤（占5.81%），瘦煤（占4.01%），其他为未分牌号的煤（占0.55%）；后者包括无烟煤（占10.93%），贫煤（占5.55%），弱黏煤（占1.74%），不黏煤（占13.8%），长焰煤（占12.52%），褐煤（占12.76%），天然焦（占0.19%），未分牌号的煤（占13.80%）和牌号不清的煤（占1.06%）［1］。其中，褐煤是煤化程度最低的矿产煤，一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。褐煤化学反应性强，在空气中容易风化，不易储存和运输，燃烧时对空气污染严重。