随着能源紧张及环境污染问题日益突出，攻克煤层气开发利用技术成为我国一项重大科研战略。记者近日从国家科技部高新司了解到，西南化工研究设计院承担的国家“十一五”科技支撑计划项目——煤层气自热转化制氢关键技术已取得突破。该项目实现工业化后，既可为氢用户提供廉价的氢源，又能解决煤层气排放所造成的环境污染和资源浪费问题。
煤层气可作优质制氢原料
煤层气是富含甲烷的气体，也是一种清洁燃料。为保证煤矿的安全生产，目前我国煤层气大量由井下抽采。由于抽采技术所限，煤层气浓度约为30%～60%，作民用燃料受限，发电效率较低，因此大都被排入大气。这不仅浪费了资源，还污染了环境。
西南院有关专家几年前经计算机模拟计算提出，煤层气中的甲烷是一种优良的制氢原料，可将煤层气转化为氢气产品，即利用煤层气中氧与甲烷的燃烧反应热，使甲烷与水蒸气发生转化反应，得到含氢、一氧化碳、二氧化碳和氮的混合气，然后通过变压吸附法一次除去所有杂质而得到纯氢。该技术路线的关键是转化催化剂的研发。
针对不同甲烷浓度开发制氢工艺
在煤层气组成中，甲烷浓度与氧浓度之和为定数，即甲烷浓度愈低则氧浓度愈高，反之，甲烷浓度高则氧浓度就低。
专家介绍，当煤层气甲烷浓度低时，由于氧浓度相对较高，提供的燃烧热可使甲烷的转化率达到90%以上。反之，甲烷浓度高时，氧浓度低，提供的燃烧热较少，甲烷的转化率仅30%左右。此时需提供外热进一步进行甲烷蒸汽转化反应，使其甲烷转化率达95%以上。为了得到更多的氢气，还可以将一氧化碳(CO)变换成氢气。所以，对不同甲烷浓度的煤层气就要用不同的制氢工艺组合。
当煤层气中的甲烷浓度为30%左右时，其工艺组合可以为：自热转化后，经变压吸附制得纯氢产品，或自热转化后，通过CO变换，再经变压吸附制得纯度为99%～99.9%的纯氢产品。
当煤层气中的甲烷浓度高于40%时，其工艺组合可以为：自热预转化后，经甲烷蒸汽转化，通过变压吸附制得纯氢产品；或自热预转化，经甲烷蒸汽转化，通过CO变换和变压吸附制得纯度为99%～99.9%的纯氢产品。
记者发现，煤层气制氢技术路线中，蒸汽转化和变换反应都是成熟工艺，最关键的是自热转化催化剂的研发。近年来，西南院组织精兵强将，通过多次工艺试验，确定了催化剂配方，并完成了中试，通过不同温度、压力试验，得到了催化剂的最佳工艺条件。经测试，催化剂的活性、稳定性、寿命等均达到要求。
资源利用环境治理一举两得
专家认为，从环境保护和发展氢能源来看，煤层气自热转化制氢都十分有利。井下抽采的煤层气价格远低于同热值的天然气价格，所以煤层气制氢成本与天然气制氢成本相比低35%。
此外，氢气是重要的工业气体，广泛应用于石油、化工、冶金、电子、食品、机械、轻工、能源等行业。此外，煤直接液化制油、氢燃料电池等也需大量应用氢气。
制氢的主要原料有天然气、煤、轻油以及各种含氢混合气，也可由水电解制得。专家分析，用含中等甲烷浓度的煤层气制氢既可为氢用户提供廉价的氢源，也能解决煤层气排放所造成的环境污染和资源浪费问题。
煤层气可作优质制氢原料
煤层气是富含甲烷的气体，也是一种清洁燃料。为保证煤矿的安全生产，目前我国煤层气大量由井下抽采。由于抽采技术所限，煤层气浓度约为30%～60%，作民用燃料受限，发电效率较低，因此大都被排入大气。这不仅浪费了资源，还污染了环境。
西南院有关专家几年前经计算机模拟计算提出，煤层气中的甲烷是一种优良的制氢原料，可将煤层气转化为氢气产品，即利用煤层气中氧与甲烷的燃烧反应热，使甲烷与水蒸气发生转化反应，得到含氢、一氧化碳、二氧化碳和氮的混合气，然后通过变压吸附法一次除去所有杂质而得到纯氢。该技术路线的关键是转化催化剂的研发。
针对不同甲烷浓度开发制氢工艺
在煤层气组成中，甲烷浓度与氧浓度之和为定数，即甲烷浓度愈低则氧浓度愈高，反之，甲烷浓度高则氧浓度就低。
专家介绍，当煤层气甲烷浓度低时，由于氧浓度相对较高，提供的燃烧热可使甲烷的转化率达到90%以上。反之，甲烷浓度高时，氧浓度低，提供的燃烧热较少，甲烷的转化率仅30%左右。此时需提供外热进一步进行甲烷蒸汽转化反应，使其甲烷转化率达95%以上。为了得到更多的氢气，还可以将一氧化碳(CO)变换成氢气。所以，对不同甲烷浓度的煤层气就要用不同的制氢工艺组合。
当煤层气中的甲烷浓度为30%左右时，其工艺组合可以为：自热转化后，经变压吸附制得纯氢产品，或自热转化后，通过CO变换，再经变压吸附制得纯度为99%～99.9%的纯氢产品。
当煤层气中的甲烷浓度高于40%时，其工艺组合可以为：自热预转化后，经甲烷蒸汽转化，通过变压吸附制得纯氢产品；或自热预转化，经甲烷蒸汽转化，通过CO变换和变压吸附制得纯度为99%～99.9%的纯氢产品。
记者发现，煤层气制氢技术路线中，蒸汽转化和变换反应都是成熟工艺，最关键的是自热转化催化剂的研发。近年来，西南院组织精兵强将，通过多次工艺试验，确定了催化剂配方，并完成了中试，通过不同温度、压力试验，得到了催化剂的最佳工艺条件。经测试，催化剂的活性、稳定性、寿命等均达到要求。
资源利用环境治理一举两得
专家认为，从环境保护和发展氢能源来看，煤层气自热转化制氢都十分有利。井下抽采的煤层气价格远低于同热值的天然气价格，所以煤层气制氢成本与天然气制氢成本相比低35%。
此外，氢气是重要的工业气体，广泛应用于石油、化工、冶金、电子、食品、机械、轻工、能源等行业。此外，煤直接液化制油、氢燃料电池等也需大量应用氢气。
制氢的主要原料有天然气、煤、轻油以及各种含氢混合气，也可由水电解制得。专家分析，用含中等甲烷浓度的煤层气制氢既可为氢用户提供廉价的氢源，也能解决煤层气排放所造成的环境污染和资源浪费问题。
