煤制氫與天然氣制氫技術(shù)的經(jīng)濟指標對比

1.煤制氫技術(shù)
　　我國煤炭資源相對其他資源而言十分豐富，所以煤制氫技術(shù)的發(fā)展非常迅速，在我國的全面應(yīng)用和發(fā)展已有十幾年的歷史。煤制氫技術(shù)中最核心的部分是對固體煤進行處理使其變成氣態(tài)物質(zhì)之后再進行制取氫氣的過程。煤氣化的實質(zhì)是指在高溫的條件下，煤和空氣或者氧氣發(fā)生的不完全反應(yīng)，在反應(yīng)之后煤粉、蒸氣和氧氣等被均勻混合達到霧化狀態(tài)，再進行高溫等處理霧化狀態(tài)的煤等物質(zhì)，使其反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣等，最后再進行凈化處理得到純凈的氫氣。雖然煤炭制氫技術(shù)中使用的煤炭原料豐富、價格低廉，但是煤炭制氫有投資成本偏高、污染處理困難的缺點。在使用煤制氫技術(shù)時，要盡量完善環(huán)保設(shè)施，保證污染物質(zhì)進過處理后再進行排放[1]。所以，以煤炭為原料進行制氫時，要集中處理產(chǎn)后的有害廢物，保證做到把污染降到最低水平，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。煤制氫技術(shù)生產(chǎn)的氫主要化工物質(zhì)甲醇等氣體合成的原料氣體，很少直接作為燃料進行使用。
　　2.天然氣制氫技術(shù)
　　天然氣制氫至上世紀六十年代以來的到較為快速的發(fā)展，目前我國天然氣制氫技術(shù)較為成熟，并且天然氣制氫的工藝流程簡單可靠、投資較低，是各個企業(yè)中應(yīng)用最為普遍的制氫方法，水蒸氣轉(zhuǎn)化法是天然氣制氫的主要方法。其主要步驟是原料氣處理、蒸氣轉(zhuǎn)化、一氧化碳變換、氫氣提純等。目前主要采用加氫催化劑的方法脫除原料氣中的硫。蒸氣轉(zhuǎn)化是指甲烷和水蒸氣在高溫及催化劑的條件下發(fā)生反應(yīng)，生成氫氣和一氧化碳等混合氣的過程，由于這個反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以需要外界提供大量的熱量，需要生產(chǎn)裝置中設(shè)有冷凝過程的換熱裝置，這個過程要求氣體和水蒸氣按照一定的比例在轉(zhuǎn)化爐中進行輻射促使反應(yīng)。一氧化碳變換是指一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程，變換后的氣體經(jīng)過冷卻后進行氫氣的提純。氫氣提純主要采用變壓吸附的方式，吸附塔內(nèi)的吸附劑可以吸附除了氫氣之外的其他雜質(zhì)和氣體等等，從而達到氫氣提純的目的，獲得滿足工業(yè)要求的氫氣。
　　3.兩種技術(shù)的經(jīng)濟指標對比
　　3.1制氫原料對比
　　氫氣的構(gòu)成成本中原料的構(gòu)成成本通常占比較大，所以從經(jīng)濟角度來看，制氫企業(yè)在選擇制氫技術(shù)的時候主要考慮制氫原料的成本問題。例如，若某項目要求每小時制氫二十萬立方米，如果采用煤制氫技術(shù)的話原料煤的成本約占百分之六十，而如果采用天然氣制氫技術(shù)的話原料成本所占比例會更加高[2]。此外，我國的煤炭資源存儲量大于天然氣資源的存儲量，煤炭資源基本可以滿足國家的長期需要。但是煤炭作為制氫原料也有的弊端，就是在生產(chǎn)過程中需要保證工業(yè)三廢的合理利用，這就要求在生產(chǎn)裝置中設(shè)置相應(yīng)的三廢處理裝置。
　　隨著能源的日益緊缺，我國在全面實施基礎(chǔ)建設(shè)，西氣東輸工程的落實為天然氣的全面推廣和應(yīng)用提提供了良好的條件，但天然氣資源不但存儲量低，而且分布不均，造成勘探開發(fā)難度較大和生產(chǎn)成本較高仍是不容忽視的問題。所以，就我國的實際情況來看，制氫企業(yè)無法得到價格合理的、可靠的天然氣來進行制氫。
　　3.2制氫工藝對比
　　煤制氫技術(shù)中最核心的部分是對固體煤進行處理使其變成氣態(tài)物質(zhì)之后再進行制取氫氣的過程。煤氣化的實質(zhì)是指在高溫的條件下，煤和空氣或者氧氣發(fā)生的不完全反應(yīng)，在反應(yīng)之后煤粉、蒸氣和氧氣等被均勻混合達到霧化狀態(tài)，再進行高溫等處理反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣等，最后再進行凈化處理得到純凈的氫氣。在煤制氫的過程中，要建立健全的環(huán)保措施，要實現(xiàn)富氧空氣連續(xù)化的技術(shù)，以減少污染物的排放量和提高煤氣化制氫的生產(chǎn)效率。還要不斷引進新型的技術(shù)，爭取最大程度的發(fā)展我國的煤制氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
　　天然氣制氫的工藝和方法有很多種，主要步驟包括天然氣制氫技術(shù)主要步驟是原料氣處理、蒸氣轉(zhuǎn)化、一氧化碳變換、氫氣提純等。目前主要采用加氫催化劑的方法脫除原料氣中的硫。蒸氣轉(zhuǎn)化是指甲烷和水蒸氣在高溫及催化劑的條件下發(fā)生反應(yīng)，生成氫氣和一氧化碳等混合氣的過程，由于這個反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以需要外界提供大量的熱量。一氧化碳變換是指一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程，變換后的氣體經(jīng)過冷卻后進行氫氣的提純。氫氣提純主要采用變壓吸附的方式，吸附塔內(nèi)的吸附劑可以吸附除了氫氣之外的其他雜質(zhì)和氣體等，從而達到氫氣提純的目的[3]。考慮到全球氣候變暖以及環(huán)境污染的問題，一般企業(yè)會采用水蒸氣催化的工藝法進行天然氣制氫，在制氫的過程中要保證天然氣催化和氧化的徹底，做到使經(jīng)濟效益達到最大。
　　3.3制氫規(guī)模對比
　　研究資料表明，當制氫規(guī)模比較大的時候，雖然煤制氫的一次性投資高，但因原料價格相對便宜，所以制氫成本的競爭力還是很強的，所以對于產(chǎn)氫規(guī)模大于每小時十萬立方米的制氫項目來說，宜采用煤制氫技術(shù)。煤氣化制氫技術(shù)的生產(chǎn)流程長、投資大適用于大規(guī)模的制氫項目。由于煤制氫的原料價格相對便宜，所以雖然煤制氫的固定資產(chǎn)投資較大，但也不會導致成本提高，所以還是有很強的價格優(yōu)勢的。
　　對于中等規(guī)模的制氫項目，如產(chǎn)氫規(guī)模低于每小時八萬立方米的項目，宜采用天然氣制氫技術(shù)，中等規(guī)模制氫利用天然氣作為制氫原料具有投資少、氫氣價格低等優(yōu)點。
　　4.總結(jié)
　　隨著科學技術(shù)的的不斷發(fā)展和進步，煤制氫技術(shù)可廣泛應(yīng)用到煉油等其他企業(yè)，而天然氣制氫技術(shù)相比煤制氫技術(shù)而言則更加環(huán)保。從我國的總能源礦產(chǎn)資源來看，煤炭資源較為豐富，天然氣和石油資源相對較少，所以，煤炭將作為長期存在的能源結(jié)構(gòu)。對于大規(guī)模制氫來說，一般選擇煤制氫技術(shù)，因為大規(guī)模制氫不但要考慮裝置的投資還要考慮原料的價格，而煤制氫技術(shù)比天然氣制氫技術(shù)具有更強的抗原料價格風險能力，所以大規(guī)模制氫選擇煤制氫技術(shù)有較強的經(jīng)濟性和競爭力[4]。氫能將成為二十一世紀最主要的環(huán)保、清潔能源，我國要大力發(fā)展制氫技術(shù)，現(xiàn)有的制氫技術(shù)還需要進行升級和改造。