大连化物所煤化工废水制氢联产淡水中试装置开车成功工业废水制氢新思路

全球氢能、大连化物所 2024-06-23

2024年6月20日，大连化物所发布消息，大连化物所催化基础国家重点实验室能源与环境小分子催化研究中心（509组群）邓德会研究员和刘艳廷副研究员团队在煤化工废水资源化利用方面取得新进展，研发出以煤化工废水为原料制备高纯氢气联产淡水的新技术，并依托该技术完成了25千瓦级中试装置的测试验证。

图源中国科学院大连化物所

邓德会研究团队在前期工作基础上研发出海水制氢联产淡水新技术。本次工作中，研究团队将海水制氢联产淡水新技术进一步拓展应用到以工业废水为原料的制氢领域，将电解水制氢与废水处理技术进行耦合集成，研发出煤化工废水制氢联产淡水新技术。产生的淡水除了进入到电解水制氢系统以满足自身的电解需求，还额外联产大量的淡水，可以用于工业、农业、生活等领域。此外，电解水产生的氧气可以满足水热氧化模块对纯氧气的需求，提高了水热氧化效率并降低了用氧成本，最终实现煤化工废水“变废为宝”，制备出高纯氢气并联产淡水。

在此基础上，研究团队基于自主研发的铠甲催化剂整体式电极，研制出25千瓦级煤化工废水制氢联产淡水中试装置。团队以新疆哈密地区兰炭废水为原料进行中试试验，废水中化学需氧量（COD）为51000mg/L，总氮为2892mg/L，盐度为32000ppm。中试装置运行结果显示，实现了以煤化工废水为原料高效制氢联产淡水，氢气产能3万方/年，氢气纯度≥99.999%，产生的淡水在满足自身电解需求的基础上，联产淡水6吨/年，证明了煤化工废水制氢联产淡水新技术的可行性与先进性。

探索工业废水制氢对石化/煤化工行业意义重大。

当前，作为节能降碳领域先锋的氢能产业逐渐进入发展快车道。我国是世界最大的制氢国，年制氢量约3300万吨，氢能在多个领域都发挥着举足轻重的作用，我国可再生资源丰富，绿氢制取潜力巨大，未来发展前景广阔。以光伏、风电等可再生能源制氢为主的绿氢产业作为战略性新兴产业，其产业发展和技术革新能够切实保障经济社会、环境能源等综合领域的提质增效，成为落实“双碳”目标的重要举措。

但目前，我国可再生能源与淡水资源地域分布不匹配，以及淡水资源紧缺，这些都成为阻碍绿氢产业发展的挑战。我国富煤、贫油、少气的能源结构决定了煤化工产业的重要地位，但煤化工行业在发展的同时也带来了环境问题，生产过程中产生大量的工业废水，其成分复杂，处理工序繁杂，整个治理过程产生的成本远远高于收益，此外我国煤、水资源分布严重不均匀，富煤地区往往缺水，有水的地方却又少煤，资源禀赋决定了现代煤化工项目必须用好宝贵的水资源。探索工业废水直接制氢，不只是解决制氢用水问题，还可以为企业节约数十亿的环保投资成本，因此，开发经济有效的以煤化工废水为原料的氢气制备新方法和新技术具有重要意义。

今年来，海水制氢相关技术接连突破及工业废水制氢探索。

此前5月，东方电气将海水制氢技术应用于工业废水制氢领域，其“气田采出水无纯化电解制氢现场试验”项目阶段性现场试验由东福研究院与中国石油长庆油田油气工艺研究院联合开展。该项目采用海水无淡化原位直接电解制氢技术，是该技术首次应用于工业废水制氢领域。项目为未来探索将海水直接制氢技术拓展到节能环保领域，为石化废水、炼钢废水等工业废水制氢提供路线参考。

此番，大连化物所开发的以煤化工废水为原料制备高纯氢气联产淡水的新技术有望助力我国氢能产业与煤化工等工业废水资源化利用的绿色、高质量发展。

事实上，若未来废水制氢成本与海水制氢成本相当，那么相较于动辄投资数亿的的水处理成本，工业废水制氢不仅有助于企业减少排放，还更具有经济性。需要注意的是，工业废水制氢并不代表废水零排放，目前只能大幅减少废水排放量，降低废水处理成本。

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