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掺氢天然气是过渡型清洁燃料

国际燃气网  来源:ZSY油报  日期:2019-02-27
    近日,西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室副主任陈斌教授建议推广天然气掺氢清洁燃料(HCNG),该燃料充分利用了氢气和天然气两种燃料的优点,将成为化石能源向氢能经济过渡、加速氢能产业发展的最可行方案,既缓解气荒,又大幅降低NOx等污染物排放,还为规模化氢能利用提供技术储备。
  
    随着太阳能和生物质能制氢、核能制氢、分布式能源制氢、电解水制氢等技术的迅猛发展,未来氢将作为一种洁净可再生的能源载体,形成氢—电并重、互补的分布式能源体系,预计2020年氢能产业将进入爆发期。由于大规模储氢、氢燃料电池等技术尚不成熟,氢气的生产和使用将出现严重不匹配,天然气掺氢是一个好的过渡办法。
 
    天然气是清洁能源,但燃烧产生的NOx与其他碳氢、臭氧等污染物在光的作用下容易形成有机气溶胶,是雾霾的重要来源。西安交通大学黄佐华教授研发的天然气掺氢清洁燃烧应用汽车核心技术,在天然气中掺混20%的氢气、天然气汽车无需改动的情况下,发动机热效率可提高15%,经济性提高8%,污染物排放降低60%~80%,目前已具备建设天然气掺氢加气站并进行推广示范的条件。
 
      由于天然气燃烧速率较低,导致天然气发动机燃烧持续期长,燃烧等容度低,热效率低。天然气稀燃条件下火焰传播速率低,燃烧不稳定,循环变动大,限制了天然气发动机应用稀燃技术进一步提高热效率的潜力。而氢气燃烧速率快,稀燃极限宽,氢气在宽广的当量比范围内具有很高的火焰传播速率,往天然气里掺混少量氢气可以提高天然气燃烧速率,扩展天然气的稳定稀燃极限。由于目前氢气的规模化制备、氢气储存和氢气加气站基础设施建设不全等原因,纯氢气内燃机的大规模应用条件还不成熟。
     
      天然气-氢气混合燃料(HCNG)是将天然气与氢气按一定比例混合而获得的代用气体燃料,它是综合了氢气燃烧速度快、着火界限宽以及天然气体积热值高等优点的车用动力新燃料。研究表明含20%体积比氢气的天然气-气混合燃料可以直接使用目前的天然气输运管道,无需任何改造。氢气输运网络基础设施建设需要巨大的投入和很长的建设周期,在目前氢气分配基础设施还不完善的条件下,天然气-氢气混合燃料可以作为向氢能源过渡的可行性方式;同时,天然气-氢气混合燃料的研究和应用可以为氢气燃料的推广使用积累经验。
 
      据悉陕西天然气和煤气资源丰富,产量居全国首位。可在陕北气源地将天然气和焦化煤气提纯的氢气混合,利用现有天然气管道运输至关中等地,避免纯氢气长途运输的高成本和安全风险。掺氢天然气还可作为车用清洁燃料,也可应用于工业、民用、锅炉等领域。至于氢气来源,可利用陕北地区廉价的风电和峰谷电电解水制氢,或者超临界水煤气化制氢等。
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