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浅析电解水制氢与甲醇重整制氢的应用前景

2023-08-01 16:17:23行业动态 1511

随着全球对气候变化的关注不断升温,国家碳中和碳达峰政策日益实施。在能源转型过程中,氢气作为一种清洁能源,制取、储存和运输的技术困境日渐显现。电解水制氢和甲醇重整制氢作为两种常见的制氢方法,受到业内外广泛关注。本文将对这两种制氢方法进行对比,探讨它们的优缺点和适用场景,以期为能源转型提供参考。

电解水制氢
电解水制氢是利用电能将水(H2O)分解成氢气(H2)和氧气(O2)的过程。该方法具有以下优点:
1.清洁环保:电解水制氢过程中不涉及任何燃烧反应,不产生有害气体排放。
2.高纯度氢气:电解水制氢可以获得高纯度的氢气,纯度高,稍作提纯即可直接用于燃料电池等应用。
3.可再生能源利用:电解水制氢可以与可再生能源(如太阳能和风能)相结合,通过将可再生能源转化为氢气进行储存和利用,实现能源的可持续利用。

然而,电解水制氢也存在一些挑战:
1.高耗能:电解水制氢需要消耗大量的电能,高电能的需求使此类制氢方式在使用化石燃料发电的地区不具备经济性,同时也存在高排放的问题。
2.储运氢问题:氢气的储存和运输相对困难,其中涉及高压储氢或液化储氢等技术,增加了系统复杂性和成本。
3.高成本:当前电解水制氢技术的成本相对较高,主要源于电解设备和度电成本。

 

甲醇重整制氢
甲醇重整制氢是将甲醇(CH3OH)经过催化剂的作用,以高温下进行化学反应,产生氢气的过程。该方法具有以下特点:
1. 储运便捷:相比于气体状态的氢气,液态的甲醇更易于储存和运输,减少了储运氢气带来的成本以及安全问题。
2.利旧加油网络设施:储运以及加注甲醇可以利用现有的液体燃料基础设施,无需新建加氢站,可以有效降低能源转型所需的基础设施投入。
3.原料来源广、价格低廉:甲醇作为一种拥有多元化制取方式的燃料,可通过生物质合成或化石能源等方式获取,来源广泛,属于国内存量最多的燃料之一。

然而,甲醇重整制氢也面临以下挑战:
a) 碳排放问题:甲醇的生产过程若涉及化石燃料的使用,则具有一定的碳排放量,但可通过应用可再生资源制得的绿醇实现碳排放闭环。

b) 氢气纯度较低:甲醇重整制氢所产生的氢气中可能含有一定的杂质,需要经过后续处理才能得到高纯度的氢气。但可通过搭载钯膜提纯装置实现高纯氢气在线输出。

目前已有液态阳光甲醇生产技术来应对甲醇应用的碳排困境。液态阳光是指将太阳能/风能制氢所获得的氢气,与捕集的二氧化碳结合生成甲醇。应用此途径生成的甲醇能够以液态的形式储存氢气,方便运输,安全高效,也能够实现碳排放闭环,从而达到碳中和的目标。

 

 

针对甲醇重整制氢的过程中产生的杂质,市面上已有一些常见的提纯技术将氢气提纯:

压力摩尔吸附(Pressure Swing Adsorption,简称PSA):PSA是一种基于吸附剂将杂质气体分离的方法。在PSA过程中,氢气通过吸附剂床层时,吸附剂选择性地吸附其他气体成分,如甲烷、一氧化碳等,从而实现氢气的提纯。

膜分离(Membrane Separation):膜分离是利用特定的半透性膜将气体按照分子大小或溶解度分离的过程。在氢气的提纯过程中,选择适当的膜材料和操作条件,可以将杂质气体从氢气中分离出来。

常温吸附(Temperature Swing Adsorption,简称TSA):TSA利用吸附剂对不同成分气体在常温下的吸附选择性来实现分离。通过调节不同气体在吸附剂上的吸附速率和亲和力,可以将杂质气体从氢气中分离出来。

通常甲醇制氢是以大化工的形式制取氢气,通过化工重整催化制氢后进入PSA变压吸附系统进行提纯,具有一定的区域局限性,制取的氢气同样需要通过高压或液化的形式进行储存及运输,储运端的成本问题仍无法解决。

广东771771威尼斯.Cm自主研发的甲醇在线制氢系统可以有效地解决大化工甲醇制氢中氢气的储运问题。甲醇在线制氢系统是将甲醇重整模块和钯膜提纯模块整合,以小设备替代大化工,结构强度高,可以在需要移动或可用占地面积小的项目中实现甲醇在线制氢,即产即用。其中,公司研发的钯膜提纯技术可以在小体积的情况下,有效地将含有杂质的氢气提纯至燃料电池用氢标准纯度。以目前甲醇期货价2200-2500元计算,每公斤制氢成本仅在16-18元。同时,甲醇也是氢气的液态最优载体,通过甲醇在线制氢的方式,能够大幅降低氢气在储运端的成本,从而降低终端用户的用氢成本。

 

 

综上所述,电解水制氢和甲醇重整制氢都是有潜力的制氢方法。电解水制氢具有清洁环保、高纯度氢气和可再生能源利用等优点,适用于可再生能源丰富且电力供应稳定的地区。甲醇重整制氢具有储运便捷、基础设施利用和适用范围广等优势,适合在现有液体燃料基础设施较为发达的地区推广应用。在实际应用中,需根据地区可再生能源资源、能源需求和碳减排目标等因素及应用场景进行综合考量,选取最合适的制氢方法,以推动能源的转型,实现碳中和的目标。