天然氣制氫、甲醇制氫與水電解制氫的經(jīng)濟性對比探討

1、天然氣技術(shù)與經(jīng)濟／天 然 氣 技 術(shù) 與 經(jīng) 濟Natural Gas Technology and EconomyVol.10，No.6Dec.20162016年 第10卷·第6期天然氣制氫、甲醇制氫與水電解制氫的經(jīng)濟性對比探討doi：10. 3969／j. issn. 2095-1132. 2016. 06. 0130 引言氫氣作為無碳綠色新能源，具有環(huán)保安全、能量密度大、轉(zhuǎn)化效率高、儲量豐富和適用范圍廣等特點，可實現(xiàn)從開

2、發(fā)到利用全過程的零排放、零污染，是應(yīng)對日趨嚴(yán)峻環(huán)境危機和構(gòu)建清潔低碳能源體系的重要載體。隨著石油資源的日益枯竭和能源價格的不斷上漲，尋找不依賴化石燃料、儲量豐富的廉價可替代能源制氫成為大家共同面臨的難題，從長遠來看，生物能、太陽能、風(fēng)能等可再生能源制氫在 21 世紀(jì)將開始逐步具有競爭力，但目前從天然氣、甲醇、水等資源中制氫仍然是最有競爭力的技術(shù)手段［ 1 ］，煤制氫對水和大氣污染嚴(yán)重，筆者暫不討論。目前國內(nèi)制氫原料路線的選擇，主要取決于

3、原料資源的可得性和原料成本的高低，筆者將以華南某區(qū)域的制氫狀況來進行分析探討。1 不同制氫方式的比較1.1 技術(shù)特點天然氣制氫工藝復(fù)雜，操作條件嚴(yán)格，設(shè)備設(shè)計制造要求高，技術(shù)成熟；甲醇制氫工藝流程簡單，相對易操作維護，主體設(shè)備為常見化工設(shè)備，技術(shù)也較為成熟；水電解制氫流程簡單，操作簡便，甚至可實現(xiàn)無人值守全自動操作。1.2 制氫純度天 然 氣 制 氫 與 甲 醇 制 氫 一 般 純 度 可 達 到99.999 %，而水電解制氫純度高時可

4、達到99.999 9 %。天然氣制氫雜質(zhì)一般含CO2、CO、CH4，甲醇制氫含CO2、CO等，水電解制氫含O2、H2O等［ 2 ］ 。1.3 場地要求天然氣制氫需要考慮管道天然氣或槽車 CNG 的供應(yīng)方便與否，甲醇制氫在原料方面則供應(yīng)充足，運輸及儲存都很方便，水電解制氫條件更加寬裕［ 3 ］。制氫設(shè)備占地面積從大到小依次為：天然氣制氫、水電解制氫、甲醇制氫。1.4 投資及規(guī)模天然氣制氫一次性投資高，一般適合1 000 Nm3／h以上的制

5、氫規(guī)模；甲醇制氫投資較低，適用于 2 500Nm3／h 以下的制氫規(guī)模；水電解制氫投資較高，單槽適合300 Nm3／h以下的制氫規(guī)模［ 4 ］ 。1.5 制氫成本不同原料制氫的成本決定因素也不同，天然氣及甲醇制氫主要取決于天然氣、甲醇的價格，水電解制氫則主要取決于電價的高低。王 周（ 佛山市燃氣集團股份有限公司，廣東 佛山 528000 ）摘 要 氫氣作為無碳綠色新能源是應(yīng)對日趨嚴(yán)峻環(huán)境危機和構(gòu)建清潔低碳能源體系的重要載體。目前天然氣、

6、甲醇、水制氫是最有競爭力的技術(shù)手段，但生物能、太陽能、風(fēng)能等可再生能源制氫是未來的趨勢。對天然氣制氫、甲醇制氫及水電解制氫進行了對比探討，分別從技術(shù)特點、制氫純度、場地要求、投資規(guī)模、運行費用及制氫成本等方面進行了分析，認(rèn)為天然氣制氫、甲醇制氫及水電解制氫分別適用于大、中、小規(guī)模，制氫成本依次為低、中、高，且分別受天然氣價格、甲醇價格及電價影響較大。關(guān)鍵詞 天然氣制氫 甲醇制氫 水電解制氫 經(jīng)濟性文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：2095-11

7、32 （ 2016 ） 06-0047-03修訂回稿日期：2016－10－22 作者簡介：王周 （ 1983－ ） ，工程師，負(fù)責(zé)天然氣產(chǎn)業(yè)鏈延伸方面的工作。E-mail：wangzhou@fsgas.com。47萬方數(shù)據(jù)天然氣技術(shù)與經(jīng)濟／2016年 總第60期表6 制氫成本與甲醇價格的對應(yīng)關(guān)系表氫氣成本與甲醇的價格成正比關(guān)系，如果要求氫氣成本低于2元／Nm3，則甲醇價格要低于2 319元／t。2.3 水電解制氫1 ） 設(shè)備投資按照生產(chǎn)

8、 1 Nm3 氫氣需要消耗 5 kW·h 電來計算，用電價格取0.8元／kW·h，工作人員按照5人考慮，其他同上。以水電解制氫 （制氫規(guī)模1 000 Nm3／h ） 為例，制氫裝置采用電解槽技術(shù)及三塔流程純化工藝，如表7所示。2 ） 成本估算成本估算如表8所示。表7 水電解制氫投資情況表表8 水電解制氫的成本情況表水電解制氫設(shè)備、安裝、土建及其他總投資1 410 萬元，以華南某區(qū)域用電價格為 0.8 元／Kw

9、3;h時，每年用電等費用為 3 200 萬元，每年成本合計3 451萬元，對應(yīng)氫氣成本4.31元／Nm3?，F(xiàn)分別計算不同制氫成本情況下，對應(yīng)的用電價格，如表9所示。表9 制氫成本與用電價格的對應(yīng)關(guān)系表氫氣成本與用電價格成正比關(guān)系，如果要求氫氣成本低于 2 元／Nm3，則用電價格要低于 0.34 元／kW·h。3 結(jié)論1 ） 華 南 某 區(qū) 域 天 然 氣 制 氫 成 本 為 2.33 元 ／Nm3，甲醇制氫成本為 1.91 元

10、／Nm3，水電解制氫成本為4.31元／Nm3。2 ） 如果要求氫氣成本低于2元／Nm3，采用天然氣制氫、甲醇制氫及水電解制氫等方式時需滿足條件如下：天然氣價格低于2.65元／Nm3，甲醇價格要于2 319元／t，用電價格低于0.34元／kW·h。天然氣制氫適合于國內(nèi)西北地區(qū)天然氣價格較低的區(qū)域，甲醇價格大部分區(qū)域都可滿足，水電解則要水利發(fā)電等方式才能達到較低的電價要求。3 ） 天然氣、甲醇等資源有限，而水是自然界廣泛存在的物質(zhì)

11、，用水生產(chǎn)大量氫氣是人類獲取能源理想的方式，但是水電解制氫這一轉(zhuǎn)化過程又需要大量能源，成本太高，應(yīng)優(yōu)先考慮低谷電價水電解、水利發(fā)電水電解及太陽能發(fā)電水電解等方式。參考文獻［ 1 ］ 李慶勛，劉曉彤，劉克峰，等. 大規(guī)模工業(yè)制氫工藝技術(shù)及其經(jīng)濟性比較 ［ J ］ . 天然氣化工，2015，40 （ 1 ） ：78-82.［ 2 ］ 劉一鳴. 工業(yè)制氫方法的比較與選擇 ［ J ］ . 化學(xué)與生物工程，2007，24 （ 3 ） ：72-74

12、.［ 3 ］ 湯金華. 幾種工業(yè)制氫方案的比選 ［ J ］ . 有色冶金設(shè)計與研究，2014，35 （ 5 ） ：43-45.［ 4 ］ 李言浩，馬沛生，郝樹仁. 中小規(guī)模的制氫方法 ［ J ］ . 化工進展，2001，20 （ 9 ） ：22-25.（ 編輯：周娟 ）氫氣價格／ （ 元·Nm-3 ）1.01.52.02.53.03.54.04.5甲醇價格／ （ 元·t-1 ）9311 6252 3193 0143

13、7084 4035 0975 792項目年用電費用／萬元設(shè)備及土建折舊／萬元維修費／萬元人工及管理費／萬元財務(wù)費用／萬元對應(yīng)每標(biāo)方氫氣成本／元· （ Nm3 ）-1成本3 2001332560334.31氫氣價格／ （ 元·t-1 ）1.01.52.02.53.03.54.04.5用電價格／元· （ Kw·h ）-10.140.240.340.440.540.640.740.84項目總價／萬元水電