甲醇與水在一定的溫度和壓力下,通過(guò)催化劑的作用,發(fā)生催化裂解反應(yīng)和一氧化碳變換反應(yīng),終產(chǎn)生氫氣與二氧化碳的混合氣體。這個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜,涉及多個(gè)組分和反應(yīng)。主要反應(yīng)包括甲醇的加水裂解,生成一氧化碳和氫氣,以及一氧化碳與水反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣。經(jīng)過(guò)換熱、冷凝和分離后,可以得到氫含量約為74%、二氧化碳含量約為5%以及一氧化碳含量約為5%的轉(zhuǎn)化氣。甲醇的單程轉(zhuǎn)化率高達(dá)95%以上,未反應(yīng)的原料則循環(huán)使用。隨后,轉(zhuǎn)化氣通過(guò)變壓吸附裝置進(jìn)行分離提純,從而獲得高純度的氫氣。PSA變壓吸附工藝是氫氣分離的重要方法。它利用氣體組份在吸附床中的吸附特性差異,實(shí)現(xiàn)氫氣的分離提純。在固定吸附床中,通過(guò)充填吸附劑,含氫混合氣體在特定壓力下進(jìn)入吸附床。由于不同組份的吸附特性不同,它們會(huì)在吸附床的不同位置形成吸附富集區(qū)。強(qiáng)吸附組份(如二氧化碳)會(huì)富集在吸附床的入口端,而弱吸附組份(如氫氣)則會(huì)富集在出口端。通過(guò)這種方式,可以實(shí)現(xiàn)氫氣的有效分離提純。PSA變壓吸附技術(shù)能夠制取出純度高達(dá)99%~999%的氫氣。PEM水電解制備的綠氫應(yīng)用于合成氨、煉油、化工、鋼鐵等碳密集型行業(yè)。巴彥淖爾專(zhuān)業(yè)電解水制氫設(shè)備銷(xiāo)售
2023年全球電解水制氫項(xiàng)目開(kāi)始向大型化、萬(wàn)噸級(jí)發(fā)展。據(jù)能景研究統(tǒng)計(jì),2023年1月至12月全球新增建成的電解水制氫項(xiàng)目中,千噸級(jí)以上氫氣產(chǎn)能的項(xiàng)目數(shù)量占比增大,由上一年度同期的約12%提升到了29%。其中,2023年全球至少3項(xiàng)達(dá)到了萬(wàn)噸級(jí)氫氣產(chǎn)能,其中規(guī)模比較大的是中國(guó)中石化新疆庫(kù)車(chē)綠氫項(xiàng)目,氫氣產(chǎn)能約2萬(wàn)噸/年,電解槽裝機(jī)260MW。另有1萬(wàn)噸/年氫氣產(chǎn)能項(xiàng)目2項(xiàng),分別為中國(guó)的三峽集團(tuán)內(nèi)蒙古納日松光伏制氫項(xiàng)目,電解槽裝機(jī)70MW;巴西比較大氮肥企業(yè)Unigel位于卡馬薩里的一期綠氨項(xiàng)目(設(shè)計(jì)產(chǎn)能1萬(wàn)噸/年),電解槽裝機(jī)60MW。濟(jì)南小型電解水制氫設(shè)備企業(yè)電解水制氫技術(shù)主要分為堿性電解水制氫和質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫兩種。
堿性電解水技術(shù)比較大的缺點(diǎn)在于工作電流密度較低、電解槽效率不高、占地面積大。特別在冬季,設(shè)備需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱,啟動(dòng)時(shí)間大概需要2 h。不過(guò)堿性電解水電解槽、隔膜等設(shè)備、材料的加工、制備工藝在我國(guó)已經(jīng)基本成熟,產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)完善,是目前在我國(guó)**適合規(guī)?;募夹g(shù)路線。通過(guò)調(diào)研了解,目前國(guó)內(nèi)比較大單槽制氫規(guī)模已經(jīng)達(dá)到 3000 Nm3/h,電解槽直流電耗比較低可以達(dá)到4.2 kW·h/Nm3。其原理為在兩個(gè)電極之間施以直流電,并用隔膜將陰陽(yáng)兩極分離開(kāi)來(lái),在陰極水分子被還原,生成氫氣和氫氧根離子,生成的氫氧根離子穿過(guò)隔膜到達(dá)陽(yáng)極,在陽(yáng)極側(cè)失電子析氧,生成氧氣和水。
目前,氫氣的制取有三種較為成熟的技術(shù)路線:1、以煤炭、天然氣為的化石原料制氫,該技術(shù)路線的成本較低、技術(shù)成熟,但存在大量溫室氣體的排放,企業(yè)有:中國(guó)石化、中國(guó)石油等;2、以焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣為的工業(yè)副產(chǎn)制氫,該技術(shù)路線成本較低,但存在受到原料供應(yīng)和地點(diǎn)的限制,企業(yè)有:美錦能源、鎮(zhèn)洋發(fā)展等;3、以堿性電解槽和質(zhì)子交換膜電解槽為的電解水制氫,該技術(shù)路線成本較高,制氫成本受限于電價(jià),企業(yè)有:隆基綠能、陽(yáng)光電源、寶豐能源等。取決于功率的大小,一個(gè)PEM電解槽包含數(shù)十甚至上百個(gè)電解池。
新興電解水制氫技術(shù)海水電解制氫:可直接利用海洋資源,但面臨高鹽度、腐蝕性等挑戰(zhàn)。未來(lái)應(yīng)開(kāi)發(fā)抗腐蝕催化劑、適用的交換膜,改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)和電解槽裝置。耦合制氫:通過(guò)小分子氧化與析氫反應(yīng)耦合,降**氫能耗,提高能量效率。未來(lái)需深入探究耦合機(jī)制,開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)環(huán)保的技術(shù)并集成到可再生能源系統(tǒng)。研究總結(jié)與展望電解水制氫技術(shù)取得一定進(jìn)展,但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。未來(lái)應(yīng)提升催化劑性能、降低能耗、研制新型設(shè)備,以適應(yīng)可再生能源并網(wǎng)和清潔能源儲(chǔ)存需求,在能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。在未來(lái)的研發(fā)中,制氫設(shè)備不斷迭代升級(jí),有望在能源轉(zhuǎn)型和氫能產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮更為重要的作用。巴彥淖爾專(zhuān)業(yè)電解水制氫設(shè)備銷(xiāo)售
PEM電解水制氫是潛力的電解水制氫技術(shù),有望成為“綠電+綠氫”生產(chǎn)模式的主流發(fā)展趨勢(shì)。巴彥淖爾專(zhuān)業(yè)電解水制氫設(shè)備銷(xiāo)售
氫氣,這一無(wú)碳綠色新能源,憑借其環(huán)保安全、高能量密度、高轉(zhuǎn)化效率、豐富儲(chǔ)量以及適用性等特點(diǎn),在應(yīng)對(duì)環(huán)境危機(jī)和構(gòu)建清潔低碳能源體系中扮演著至關(guān)重要的角色。隨著化石燃料資源的日漸枯竭和能源價(jià)格的持續(xù)攀升,尋找廉價(jià)且儲(chǔ)量豐富的替代能源制氫已成為當(dāng)務(wù)之急。展望未來(lái),生物能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源制氫在21世紀(jì)將逐漸嶄露頭角,但就目前而言,從天然氣、甲醇、水等資源中制氫的技術(shù)仍相當(dāng)有競(jìng)爭(zhēng)力。值得注意的是,煤制氫因?qū)Νh(huán)境和大氣造成嚴(yán)重污染而不被本項(xiàng)目考慮,因此不在討論之列。在選擇國(guó)內(nèi)制氫原料路線時(shí),必須綜合考慮原料資源的可獲得性和成本因素。天然氣制氫工藝雖復(fù)雜但技術(shù)成熟,甲醇制氫流程簡(jiǎn)潔且設(shè)備常見(jiàn),而水電解制氫則操作簡(jiǎn)便至可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)人值守。在制氫純度方面,天然氣和甲醇制氫可達(dá)到999%,而水電解制氫在純度更高時(shí)可達(dá)9999%。同時(shí),不同制氫方式對(duì)場(chǎng)地條件也有不同要求,例如天然氣制氫需考慮管道或槽車(chē)供應(yīng)的便捷性,甲醇制氫則原料充足、運(yùn)輸儲(chǔ)存方便,而水電解制氫的場(chǎng)地條件更為寬松。巴彥淖爾專(zhuān)業(yè)電解水制氫設(shè)備銷(xiāo)售