甲醇蒸汽重組工藝
利用甲醇制氫有三種途徑: 甲醇分解、甲醇部分氧化和甲醇蒸汽重組。
甲醇蒸汽重組制氫由於氫收率高( 由反應式可以看出其產物的氫氣組成可接近75%) , 能量利用合理, 過程控制簡單, 便於工業操作而更多地被採用。
甲醇蒸汽重組是吸熱反應, 可以認為是甲醇分解和一氧化碳變換反應的綜合結果。甲醇蒸汽重組制氫工藝工業化多年, 經歷了多次技術改進,已相當成熟。
甲醇蒸汽重組過程既可以使用等溫反應系統,也可以使用絕熱反應系統。等溫反應系統採用管式反應器, 管殼中充滿熱載體進行換熱, 保持恆溫反應。在絕熱反應系統中, 蒸汽與甲醇混合物經過一系列絕熱催化劑床層, 床層之間配備換熱器。
甲醇蒸汽重組工藝特點
( 1) 與大規模的天然氣、重油轉化制氫或水煤氣制氫相比, 投資省, 能耗低。上述制氫工藝,需在800 ℃以上的高溫下進行, 轉化爐等設備需要特殊材質。同時需綜合考慮能量平衡及利用, 故不適用於小規模製氫。而甲醇蒸汽轉化制氫反應溫度低( 260~280 ℃) , 工藝條件緩和, 燃料消耗低。日本業內人士研究認為, 與同等規模的天然氣或重油轉化制氫裝置相比, 甲醇蒸汽轉化制氫的能耗, 僅是前者的50%。
( 2) 與電解水制氫相比, 單位氫氣成本低。水電解制氫( 能力一般小於200 m3 /h) 是比較成熟的制氫方法, 但其單位氫氣成本較高。郝樹仁等測算得出, 一套規模為1000 m3 /h 的甲醇蒸汽制氫轉化裝置的氫氣成本不高於2 元/m3, 而水電解制氫約4~6 元/m3。
( 3) 所用的甲醇原料易得, 運輸、儲存方便。而且由於所用的原料甲醇純度高, 不需要進行淨化處理, 反應條件溫和, 流程簡單, 易於操作。
( 4) 適用於中等規模用氫場所, 如100~1 000m /h, 可以做成組裝式或移動式裝置, 操作方便,搬運靈活。
經濟性分析
甲醇蒸汽重組制氫過程對得不到廉價烴資源的用戶是非常有利的,無論裝置的規模多大,甲醇的價格都是影響氫生產成本的重要因素。除甲醇價格外,影響氫生產成本的因素是淨化裝置的回收率。氫回收率72%的甲醇蒸汽重組裝置是一套自供熱裝置,如回收率高於72%,就要為裝置提供額外能源。雖然額外引入燃料將增加成本,但對於大裝置,回收率高於87%時,仍非常具有優勢。