氨能帶火了甲醇？氫能存儲出現(xiàn)多條技術路線競爭

 

近年來，甲醇更是和可再生能源制氫聯(lián)系起來，成為一種儲氫媒介，即“液態(tài)陽光”。相較于氫氣，甲醇常溫常壓下即為液態(tài)，更便于儲運，所以也可以作為一種理想的儲氫載體。利用甲醇制氫的技術特點，可在站內(nèi)制氫，現(xiàn)制現(xiàn)用，跳過H2的大量運輸和存貯；也可在化工園區(qū)集中制氫，最終運輸至加氫站，兩種應用方式都具有切實的可行性。

 

隨著甲醇制氫工藝和催化劑的不斷改進，甲醇制氫的規(guī)模不斷擴大，制氫成本也在不斷降低，成為中小規(guī)模制氫的首選方案。

 

那么，甲醇這套技術路線能否走通呢？我們來簡要分析甲醇技術路線。

 

 

甲醇生產(chǎn)可采用多種原料，如天然氣、煤炭、油、焦爐氣、乙炔尾氣等，國外生產(chǎn)甲醇以天然氣為主要原料，而中國則以煤炭為主。

 

利用煤和焦炭生產(chǎn)甲醇的工藝路線主要內(nèi)容為：首先對煤和焦炭進行氣化處理，再進行脫硫、變換和脫碳處理，最后是合成甲醇產(chǎn)品并提純。

 

煤制甲醇的原理如下：煤炭所提供的碳元素和水蒸氣提供的化合物水在催化劑Fe3O4和高溫高壓的反應條件下發(fā)生了氧化還原反應，反應產(chǎn)物主要是一氧化碳和氫氣，通過對產(chǎn)物進行進一步的提純。提純后的氫氣和一氧化碳在350℃、20MPa的溫度和壓力下合成甲醇，其中氫氣和一氧化碳的比例控制在2:1左右，最后對產(chǎn)物甲醇進行精餾提純。反應方程式如下：

 

 

煤制甲醇的工藝過程主要包括煤炭的氣化工藝、對初級產(chǎn)物一氧化碳和氫氣的提純、甲醇的合成及提純。

 

甲醇水蒸氣重整制氫是甲醇與脫鹽水的蒸汽混合物在轉(zhuǎn)化器中加壓加熱催化裂解和轉(zhuǎn)化一步完成，生成氫氣和二氧化碳，反應溫度為180——280℃，壓力為0.3——4MPa。隨后用變壓吸附（簡稱PSA）法提純氫氣，改變操作條件可以生產(chǎn)不同純度的氫氣，純度最高可達99.9%以上。

 

 

圖1 甲醇水蒸氣重整制氫工藝流程圖

 

 

甲醇水蒸氣重整制氫的催化劑主要有銅系催化劑，鎳系催化劑和貴金屬催化，銅系催化劑具有很好的低溫活性，且選擇性高，廉價易得，被廣泛應用于工業(yè)化生產(chǎn)。

 

甲醇水蒸氣重整制氫使用條件溫和，產(chǎn)物成分少，易分離，制氫規(guī)模在10——10000Nm3/h內(nèi)均能實現(xiàn)，且產(chǎn)能可以靈活調(diào)整，已在工業(yè)上應用廣泛。尤其在中小型用氫氣領域，現(xiàn)場制氫，現(xiàn)制現(xiàn)用，更經(jīng)濟更合理。

 

 

甲醇重整制氫燃料電池系統(tǒng)分為制氫單元和氫發(fā)電單元。

 

 

圖2 甲醇重整制氫系統(tǒng)原理圖

 

制氫單元內(nèi)部結構比較復雜，對整車而言，它必須是總成系統(tǒng)，氫發(fā)電單元原理比較簡單，實際產(chǎn)品也比較復雜，主要是配套件較多，所以要合理匹配制氫單元與氫發(fā)電單元。

 

 

圖3 上海博氫的甲醇重整制氫燃料電池系統(tǒng)實圖

 

甲醇重整制氫系統(tǒng)可分別應用于動力電源、分布電站、備用電源、移動電源領域。

 

其具體的應用場景為：作為電動機車的動力電源或者增程電源，應用領域包括電動物流車、電動商用車和電動專用車等，以及無人機、游艇、農(nóng)機等其他的領域；作為封閉/半封閉環(huán)境下的主力電源，應用領域包括孤島環(huán)境下發(fā)電站、市政用電、充電站等；作為重要電力設備/建筑的備用電源，應用領域包括各種通訊基站、政府重要部門、金融機構、數(shù)據(jù)中心、重要生產(chǎn)線等；作為移動充電的重要設施補充，應用領域包括救急救災、消防調(diào)度、移動充電站等等。

 

 

 

計算甲醇成本的公式普遍使用的是：原料煤*1.5+燃料煤*0.5+其他費用，煤制甲醇成本中煤炭成本占比較高，其他費用相對固定，因此成本主要波動在于煤炭價格。原料煤需要的品質(zhì)比燃料煤更高，一般原料煤發(fā)熱量要求在5500K以上，硫含量0.8%以下，因此價格也要高于燃料煤。

 

行業(yè)平均煤制甲醇的生產(chǎn)成本如下表所示：

 

 

 

甲醇制氫技術已在工業(yè)中應用多年，技術上不存在問題且具有經(jīng)濟優(yōu)勢。近期煤價高升，煤基甲醇的生產(chǎn)成本為1500元/噸——2000元/噸，生產(chǎn)1 kg H2消耗6 kg CH3OH，加上其他生產(chǎn)成本（包括設備投資與折舊、人員費、運行費等），合計的甲醇制氫成本約15元/kg。

 

據(jù)香橙會研究院調(diào)研獲悉，傳統(tǒng)氨分解制氫成本超17元/kg（合成氨原料成本取均值2500元/噸）比甲醇制氫要高。因此，當前甲醇制氫比氨制氫更具有經(jīng)濟性。

 

另外，氨在溫度為20℃、8.58個大氣壓（或常壓、溫度為-33℃）的條件下以液態(tài)的形式存在；氫如果需要在常壓下保持液態(tài)形式，則需要將溫度降至零下253℃，制冷將損失大量的有用能，并且低溫環(huán)境和現(xiàn)實環(huán)境中的溫差將不可避免地導致氫氣的蒸發(fā)耗散；甲醇在常溫常壓下即以液態(tài)形式存在。基于以上數(shù)據(jù)，從保存需要消耗的代價分析，甲醇的儲運成本是低于液氫和液氨的。

 

現(xiàn)在氨能大火，但相比于甲醇來說技術仍不成熟、成本偏高，所以“氨-氫”儲能目前在“甲醇-氫”面前還不具有競爭優(yōu)勢。不過在節(jié)能減排的政策趨勢下，隨著碳價的逐步上升，這種傳統(tǒng)的煤制甲醇技術將逐漸被淘汰。綠色甲醇會逐漸亮相市場，未來能源將呈現(xiàn)多樣化格局。