分布式甲醇重整制氢——解决用氢痛点的突破口

 

“氢”作为重要的化工原料,被卡文迪许发现以来,已经有百年以上的应用历史。近年来,由于氢气来源丰富、清洁低碳、应用广泛,其被视为未来能源革命的主角,正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一,也是未来我国能源体系的重要组成部分,是实现“碳达峰、碳中和”目标的关键推动力。氢能产业发展正在逐步进入“快车道”,但不论是传统工业用氢,还是作为新能源,“氢”在制、储、运、用几个环节中,受制于技术发展,目前的应用成本还是较高。其中,由于氢气物理化学特性极为特殊,目前最大的掣肘仍旧是储运技术的限制带来的高额成本。

 

近年来,针对氢气的储运,各种技术路线百花齐放,有高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢和有机液态储氢等技术。现阶段已经实现商业化应用的储氢方式主要是高压气态与低温液态两种,固态储氢和有机液态储氢处于研发验证阶段。氢能运输环节主要包括气氢拖车运输、低温液氢运输、管道输氢等技术路线,但这些技术路线锚定的都是长距离输运氢气,且各条技术路线距离大规模商用都有尚未突破的难题。目前仅运费一项开销,每公斤氢气从制备完成到最终送达用户,其中的运输成本就在40%以上。

 

在这种背景下,基于用户需求进行分布式制氢供氢无疑是相当长一段时间内极具可行性的解决方案。

 

在制氢环节,主要有以下技术路线:

  1. 以煤和天然气为主的化石能源制氢:煤制氢和天然气重整制氢是工业中制氢的主要手段,这是较为传统的制氢方法,工艺成熟,可用于大规模工业生产,原料价格相对较低,但氢气制备过程中会排放大量二氧化碳,不符合国家双碳战略。

  2. 工业副产气提纯制氢:工业副产氢主要分布在化工、冶金等行业,其中焦炉煤气制氢规模较大,但氢气纯度低。氯碱化工副产氢具备提纯成本低、难度小、纯度高等优势,但也存在副产氢量较小且产能分散的问题。

  3. 电解水制氢:电解水制氢技术成熟,无碳排放,制取的氢气纯度高,适用于各种应用场景,缺点是耗电量大、制氢成本高。

  4. 甲醇制氢:甲醇具有很高的储氢密度,通过甲醇水蒸气催化重整反应,进一步从水中取得额外氢气,甲醇的质量储氢密度可高达18.75% (187.5公斤氢/吨甲醇)。随着甲醇制氢工艺和催化剂的不断改进,甲醇制氢成本也在不断降低,成为中小规模制氢的首选方案,市场发展前景广阔。

 

鉴于上述各种技术路线,真正能够与“分布式”需求匹配,同时满足灵活的用量、简单的操作、较高的安全性等要求,尤其还要能够使用户获得较低成本的氢气,甲醇重整制氢路线无疑是当前最好的选择。

 

 

甲醇是最佳的储氢介质,来源广泛,既可以利用煤炭、天然气等制甲醇,也可以通过可再生能源制氢与碳捕集装置捕集的二氧化碳合成生产。甲醇常温常压下为液体,液体燃料最大的优势就是陆上可以管路输送,海上可以跨海输送,并可以长期保存,能有效利用现有配送体系,实现安全高效、经济便捷的储运。

 

传统工业领域中,甲醇制氢装置较为成熟,运行成本可控,应用广泛,但其产氢量、占地面积、操作便利性以及集成化程度方面对于中小规模用氢量的用户来说都具有局限性,不具备撬装式、集成化的特点,因此在非化工领域的应用并没有得到推广。

 

随着技术进步,尤其是得益于CCUS技术的发展,例如“液态阳光“项目的推广,甲醇作为清洁能源载体再次受到关注,而撬装式、集成化程度极高的分布式甲醇制氢设备也应运而生。高效催化剂、热工、节能等各种精细化技术不断应用到甲醇重整制氢工艺中,使得传统的化工装置甚至是小型化工厂被整合成了操作简便、效率很高、运行稳定的精细化设备,突破了甲醇重整制氢技术的应用边界,真正把氢源搬到了用户身边,突破了氢气储运成本高昂的技术园囿,成为了目前解决用氢痛点的突破口,可广泛应用于粉末冶金、制药、交通、能源、玻璃、电子、石化、食品、军工、电力、纺织印染、环保等行业。