制氢与氢气价格对比
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1.大部分原料反应本质为部分氧化反应,控速步骤已成为快速部分氧化 天然气绝热转 反应,较大幅度地提高了天然气制氢装置的生产能力。 2. 该新工艺具有流程短和操作单元简单的优点,可明显降低小规模现场 化制氢 制氢装置投资和制氢成本。
天然气经高温催化分解为氢和碳。其关键问题是,所产生的碳能够具有 天然气高温裂 特定的重要用途和广阔的市场前景。否则,若大量氢所副产的碳不能得 解制氢 到很好应用,必将限制其规模的扩大。
水解制氢
制氢种类 制氢方法 原理 特点 1.水电解制氢,技术成熟、设备简单、运行可靠、 电解液一般是含有 管理方便、不产生污染、可制得氢气纯度高、杂质 30%左右氢氧化钾 含量少,适用于各种应用场合,唯一缺点是耗能大, (KOH)的溶液,当 制氢成本高;3.目前商品化的水电解制氢装置的操 接通直流电后,水就 作压力为0.8~3.0MPa,操作温度为80~90℃,制氢纯 分解为氢气和氧气。 度可达99.7%,制氧纯度达99.5%。
天然气制氢方法
制氢种类 特点 1.需吸收大量的热,制氢过程能耗高,燃料成本占生产成本的52-68%; 天然气水蒸汽 2.反应需要昂贵的耐高温不锈钢管作反应器; 3.水蒸汽重整是慢速反应,因此该过程制氢能力低,装置规模大和投资 重整制氢 高。 制氢方法
1.优点:1)廉价氧的来源;2)催化剂床层的热点问题;3)催化材料的 天然气部分氧 反应稳定性;4)操作体系的安全性问题 化制氢 2.缺点:因大量纯氧增加了昂贵的空分装置投资和制氧成本
2. 工业制氢方案对比选择
(1)煤炭制氢制取过程比天然气制氢复杂,得到的氢气成本也高 。
(2)由于生物制氢、生物质制氢和富氢气体制氢等方法制取的氢气杂
质含量高、纯度较低,不能达到GT等技术提供商的氢气纯度要求。
(3)国内多晶硅绝大多数都采用的是水电解制氢,只有中能用的是天
然气制氢,而国外应用的更多是甲醇制氢,因此,重点选择以下三类方案进 行对比: (A)天然气制氢 (B)甲醇制氢 (C)水电解制氢
电解水
1.该技术的主要缺点是隔膜使用期有限;2.由于相对 聚合电解质薄 电解液为酸性聚合膜。 成本高、容量小、效率低和使用期短,还需要进一 膜电解 步改进原料和电池堆设计来改善性能。 水解制氢 光电解 利用光直接将水分解 和传统的技术方法相比,这类系统有很大的潜力可 为氢气和氧气 以减少电解氢成本。
工业制氢方法选择
类型 方案 特点
大型制氢
天然气水蒸 汽重整制氢
1) 天然气既是原料气也是燃料气,无需运输,氢能耗低, 消耗低,氢气成本最低。 2) 自动化程度高,安全性能高。 3) 天然气制氢投资较高,适合大规模工业化生产,一般制 氢规模在5000Nm3/h以上时选择天然气制氢工艺更经济。
(1)多年来,水电解制氢技术自开发以来一直进展不大, 其主要原因是需要耗用大量的电能,电价的昂贵,使得世 界上除个别地区外,用水电解制氢都不经济。 (2)电解水制氢,规模一般小于200 Nm3/h,是较成熟的 制氢方法,由于它的电耗较高,达到5~8 kwh/Nm3 H2,其 单位氢气成本较高。 1) 甲醇蒸汽重整制氢与大规模的天然气制氢或水电解制氢 相比,投资省,能耗低。由于反应温度低(230℃~ 280℃),工艺条件缓和,燃料消耗也低。与同等规模的天 然气制氢装置相比,甲醇蒸汽转化制氢的能耗约是前者的 50%。 2)甲醇蒸汽重整制氢所用的原料甲醇易得,运输,储存方 便。而且由于所用的原料甲醇纯度高,不需要再进行净化 处理,反应条件温和,流程简单,故易于操作。
1.同重整工艺相比,变外供热为自供热,反应热量利用较为合理; 2.其控速步骤依然是反应过程中的慢速蒸汽重整反应; 天然气自热重 3.由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应分步进行,因此反应 天然气制氢 整制氢 器仍需耐高温的不修锈钢管做反应器,这就使得天然气自热重整反应过 程具有装置投资高,生产能力低。
生物光解
光合作用: 2H2O → 生物光解制氢基于两个步骤:光合作用和利用氢化 4H+ + 4e– + O2 酶比如绿藻和蓝绿藻催化制氢。该领域需要进行长 产氢: 4H+ + 4e– → 期基础和应用研究。 2H2
通过一系列的热化学 技术可行性和潜在高效率方面不存在问题,但是要 热化学水解 反应将水分解为氢气 降低成本和高效循环还需要进一步商业化发展。 和氧气的过程
甲醇制氢方法
制氢种类 制氢方法 原理 特点
甲醇分解 CH3OH→CO+2H2 △H298=90.5kJ/mol 制氢
1.合成甲醇的催化剂均可用作其分解催化剂,其中 以铜基催化剂体系为主; 2.该类催化剂对甲醇分解显示出较好的活性和选择 性,且催化剂在受热时有较好的弹性形变; 3.在高温下,反应速率加快,易分解成CO和氢。
氢气制作工艺
张泽远
1.工业制氢方案
工业制氢方案很多,主要有以下几类:
(1)化石燃料制氢:天然气制氢、煤炭制氢等。
(2)富氢气体制氢:合成氨生产尾气制氢、炼油厂回收富氢气体制氢、氯碱
厂回收副产氢制氢、焦炉煤气中氢的回收利用等。 (3)甲醇制氢:甲醇分解制氢、甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇部分氧化制氢、 甲醇转化制氢。 (4)水解制氢:电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解 、高温电解、光 电解、生物光解、热化学水解。 (5)生物制氢:生物质通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。
1.甲醇部分氧化法制氢的优点是放热反应,反应速 CH3OH+1/2O2→2H2+ 度快,反应条件温和,易于操作、启动; 甲醇部分 CO2 2.缺点是反应气中氢的含量比水蒸气重整反应低, 氧化制氢 △H298=-192.2kJ/mol 由于通入空气氧化,空气中氮气的引入也降低了混 合气中氢气的含量,使其可能低于50%。
甲醇制氢
1.该工艺以来源方便的甲醇和脱盐水为原料; 2.在220~280℃下,专用催化剂上催化转化为组成 甲醇水蒸 CH3OH+H2O→CO2+3H2 为主要含氢和二氧化碳转化气; 汽重整制 △H298=49.4kJ/mol 3.甲醇的单程转化率可达99%以上,氢气的选择性 氢 高于99.5%,利用变压吸附技术,可以得到纯度为ຫໍສະໝຸດ Baidu99.999%的氢气,一氧化碳的含量低于5ppm。