甲醇制氢替代水电解制氢可行性研究 投稿:韩獘獙

甲醇制氢替代水电解制氢可行性研究 PTA生产中心现有五套水电解制氢装置,设计总制氢能力为800Nm3/h。目前,PTA一、二装置氢气使用量大约在650Nm3/h左右。水电解制氢工艺简单,生产运行控制比较平稳。但由于水电解过程中需要消耗大量的电能,加上…

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甲醇制氢替代水电解制氢可行性研究

PTA生产中心现有五套水电解制氢装置,设计总制氢能力为800Nm3/h。目前,PTA一、二装置氢气使用量大约在650Nm3/h左右。水电解制氢工艺简单,生产运行控制比较平稳。但由于水电解过程中需要消耗大量的电能,加上由于煤炭价格的上涨因素导致发电成本不断攀升,进而电价不断提高。因此,使用氢气用量大的化工及电子生产企业纷纷将目光瞄向制氢成本相对低廉的甲醇裂解制氢、天然气转化制氢上来。尤其在2002年以来新上马的国内PTA生产企业,基本上都淘汰了水电解工艺,而采用甲醇制氢或天然气制氢生产工艺。 一、 制氢工艺简介 1、

天然气转化制氢

天然气经过压缩,送到转化炉的对流段预热,经脱硫处理后与水蒸气混合,在进入转化炉对流段,被烟气间接加热到400℃以上后进入反应炉炉管,在催化剂作用下,同时发生蒸汽转化反应以及部分一氧化碳变换反应,生产氢气、一氧化碳、二氧化碳和未转化的残余甲烷,出口温度一般维持在780℃,氢含量约70%。经废热锅炉回收热量冷却后,转化气送入PSA(变压吸附)提氢装置,可以得到高纯度的氢气。

主要反应有:CH4+H2O=CO+3H2-49.3KJ/mol

CO+ H2O=CO2+H2-9.8KJ/mol

总反应为: CH4+2H2O=CO2+4H2-39.5KJ/mol 主要工艺流程:

2、 甲醇裂解制氢

甲醇和水的混合液经过预热、汽化、过热后,进入转化反应

器,在催化剂的作用下,同时发生甲醇的催化裂解反应和一氧化碳的变换反应,生产约75%的氢气和约25%左右的二氧化碳以及少量的杂质。裂解混合气再经过PSA(变压吸附)提纯净化,可以得到纯度为98.5%~99.999%的氢气。

主要反应有:CH3 OH =CO+2H2-90.7KJ/mol

CO+ H2O=CO2+H2+41.2KJ/mol

总反应为: CH3 OH +H2O=CO2+3H2-49.5KJ/mol 主要工艺流程: 3、

水电解制氢(略)

二、 制氢比较(以1000Nm3氢气为基础) 1、

消耗指标

2、 主要生产设备

天然气转化的核心设备为转化炉,目前广泛使用的炉型有顶烧和底烧两种。甲醇裂解的核心设备为甲醇裂解反应器,该反应器为列管式结构。水电解制氢的核心设备为电解槽。

3、 经济效益比较

制氢装置规模为1000Nm3/h,PSA部分的氢气回收率按89%

考虑。固定资产折旧年限为15年,残值率取4%,折旧费和修理费分别为固定资产的6.4%和2%。生产装置定员16人,人均工资及附加20000元/年,其它制造费用定额3000元/年.人。

各种原材料的价格(不含税价):

天然气 2.4元/Nm3 甲醇 3400元/t 循环水 0.4元/t 脱盐水 4元/t 电 0.50元/kwh 蒸汽 80元/t 压缩空气 0.1元/Nm3

具体如下(水电解成本参照厂成本核算,电0.326元/kwh):

4、 综合比较

① 水电解制氢工艺简单,生产运行过程比较平稳。受电价的影响,生产运行成本相比甲醇制氢及天然气制氢较高。

② 甲醇裂解工艺简单,操作方便,运行成本比水电解制氢略低,但较天然气转化略高,但投资额最低。甲醇裂解特别适用于中、小型用户。但原料甲醇的价格波动比较大,由于受国际原油市场价格的影响,2006年甲醇的市场价格比2002年上涨一倍以上。目前市场价格维持在3400-3600元/吨之间。

③ 天然气转化相对工艺比较复杂,投资额偏高,但运行成本相比水电解制氢及甲醇制氢来说最低,成本受装置规模的影响比较大,目前更多地用于大规模氢气用户。 5、

结论

PTA生产中心现有的五套水电解制氢装置,虽然是耗电大户,但由于公司内部核算电价只有0.326元/kwh,相比市场电价差距较大。如按市场工业平均电价0.65元/kwh计算。新建一套1000 Nm3的甲醇制氢装置,需要三年收回全部投资,而按公司内部核算电价计算,则需要六年才能收回投资。

甲醇制氢工艺技术比较成熟,一次性投资低于水电解制氢,但甲醇的市场价格受国际原油市场的影响比较大。就PTA生产中心来说,如果将PTA一、二装置的副产物醋酸甲酯回收水解后生成甲醇及醋酸。再将甲醇用来制氢,相信氢气生产成本就会得到大幅度的降低。目前该项技术在厦门翔鹭PTA项目已得到成功运用,而浙江逸盛PTA也正在做这方面的改造工作。

天然气制氢虽然生产成本较低,但一次性投资较大,加上天然气的供应问题难以解决。要在仪化上天然气制氢项目至少目前时机还不成熟。

总之,就目前情况来说,要用甲醇取代水电解制氢装置,一是投资回收周期较长,二是水电解制氢装置现有的设备与几乎没有再利用到甲醇制氢装置上的可能性,原有制氢设备浪费太大。加上降低氢气生产成本并不是太明显,因此如果进行技改或更新目前还不具备条件。但如果新上一套PTA项目,而选择制氢工艺时,甲醇制氢不失为首选。

甲醇制氢替代水电解制氢可行性研究 PTA生产中心现有五套水电解制氢装置,设计总制氢能力为800Nm3/h。目前,PTA一、二装置氢气使用量大约在650Nm3/h左右。水电解制氢工艺简单,生产运行控制比较平稳。但由于水电解过程中需要消耗大量的电能,加上…

甲醇制氢替代水电解制氢可行性研究 PTA生产中心现有五套水电解制氢装置,设计总制氢能力为800Nm3/h。目前,PTA一、二装置氢气使用量大约在650Nm3/h左右。水电解制氢工艺简单,生产运行控制比较平稳。但由于水电解过程中需要消耗大量的电能,加上…

甲醇制氢替代水电解制氢可行性研究 PTA生产中心现有五套水电解制氢装置,设计总制氢能力为800Nm3/h。目前,PTA一、二装置氢气使用量大约在650Nm3/h左右。水电解制氢工艺简单,生产运行控制比较平稳。但由于水电解过程中需要消耗大量的电能,加上…

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