氢气甲烷化成本
焦炉煤气制氢方法的比较及成本分析
焦炉煤气制氢方法的比较及成本分析陈毕杨;曹尚峰【摘要】The mainly products separated from coke oven gas are hydrogen and natural gas.The process of small-scale coke oven gas hydrogen production generally use the method of PSA.LNG can be separated from the coke oven gas in the process of large-scale, and then produces hydrogen.In this paper, two methods of process of hydrogen production were introduced and analyzed.%使用焦炉煤气为原料分离的化工产品主要是氢气和天然气.小规模焦炉煤气制氢一般采用变压吸附法.大规模焦炉煤气可先分离出LNG,再提取氢气.分别对两种制氢方法做了介绍和成本分析.【期刊名称】《低温与特气》【年(卷),期】2017(035)001【总页数】3页(P28-30)【关键词】焦炉煤气;制氢;比较【作者】陈毕杨;曹尚峰【作者单位】武汉钢铁集团气体有限责任公司,武汉 430083;武汉钢铁集团气体有限责任公司,武汉 430083【正文语种】中文【中图分类】TQ116.2+3氢气在工业上有着广泛的用途。
近年来，随着精细化工、医药电子、粉末冶金、林农业品加氢、生物工程、石油炼制、氢燃料清洁汽车等行业的迅速发展，对氢气需求急速增加。
化肥和石油化工等大规模氢气用户一般采用煤制氢、天然气蒸汽转化和轻油蒸汽转化等技术。
精细化工，医药、电子、冶金等小规模氢气用户一般选用水电解制氢、甲醇裂解制氢和变压吸附制氢等技术。
水电解工艺技术成熟，但能耗高。
甲烷与氢气混合燃烧的理论计算分析
析。利用计算得到燃气的低位热值、理论空气量、理论烟气量、标况密度、价格、单位热 值 价 格、单 位 热 值 所 需 理 论 空 气 量、
单位热值产生理论烟气量等,对规范建筑陶瓷生产过程能耗实时监控、能源优化调度、能耗数 据 管 理 等 具 有 一 定 的 借 鉴 和
指导作用。
关键词
燃气
燃烧
计算
分析
热值
· 46 ·
陶瓷
(综述) 2023 年 10 月
Ce
r
ami
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s
甲烷与氢气混合燃烧的理论计算分析
张永伟
李
萍
艾冬华
袁钧宇
(新明珠集团股份有限公司
摘
要
梁益斌
郑锴杰
*
伍志良
广东 佛山 528099)
笔者介绍了甲烷与氢气混合燃烧的具体计算方法,对不同混合比的甲烷与氢气混合 燃 料 进 行 了 理 论 计 算 比 较 分
气压,天然气和氢气价格分别按 5 元/Nm3 和 1.
78 元/
Nm3 计算。具体情况如表 2 所示。
表 2 不同比例混合气的重要性能指标
组成成分
低位热值
百分量(% )
燃气
名称
H2 CH4
kJ
/Nm3
kJ
/kg
理论
理论
空气量
烟气量
(
Nm3
(
Nm3
/Nm ) /Nm )
3
3
H2 -0 0
100 35816.
0.
089
3.
87 0.
1505
3.
55 0.
1535
3.
39 0.
1550
3.
氢能发展优势及制氢方式分析,氢能或将成为未来动力系统的替代能源
氢能发展优势及制氢方式分析，氢能或将成为未来动力系统的替代能源一、氢能发展的三大优势与传统化工燃料汽油、柴油相比，氢能具有三大优势。
一是较高的含能特性。
除核燃料外，氢的燃烧热值据所有化工燃料榜首，燃烧1kg氢可放出12MJ（28.6Mcal）的热量，约为汽油的三倍。
二是较高的能源转化效率。
氢能可以通过燃料电池直接转变为电，过程中的废热可以进一步利用，其效率可达到83%。
氢气燃烧不仅热值高，而且火焰传播速度快，点火能量低，所以氢能汽车比汽油汽车总的燃料利用效率可高20%。
三是碳的零排放。
与化石能源的利用相比，氢燃料电池在产生电能的过程中不会产生碳排放，可以实现良性循环。
氢的燃烧热值据所有化工燃料榜首数据来源：公共资料整理相关报告：发布的《2019-2025年中国氢能行业市场竞争现状及投资方向研究报告》以汽油内燃机的综合热效率和CO2排放量为基准来对比。
氢燃料电池的综合热效率最高，同时CO2排放量少，是替代石油供给车辆动力的最佳燃料。
氢燃料电池的综合热效率最高且CO2排放量少数据来源：公共资料整理二、制氢方式：四种制氢方式各存优劣，天然气制氢是主要来源目前以四类制氢方式为主：化石燃料制氢、工业副产物制氢、电解水制氢、生物质及其他制氢方式。
几种制氢方式对比数据来源：公共资料整理天然气制氢仍是我国最主要的制氢来源，占总制氢量的48%。
醇类重整制氢及煤制氢也占有相当大的比重，来自电解水的制氢量最低，仅为4%。
天然气制氢占我国制氢来源的48%数据来源：公共资料整理未来供氢主体以电解水制氢为主，可再生能源电解水制氢将上升为未来供氢主体，我国将形成以可再生能源为主体、煤制氢+CCS与生物质制氢为补充的多元供氢格局。
中国氢气供给结构预测数据来源：公共资料整理1. 电解水制氢：降成本主要依靠电价，低成本电力来自光伏和风电电解水制氢气是通过电能给水提供能量，破坏水分子的氢氧键来制取氢气的方法。
其工艺过程简单、无污染，制取效率一般在75%-85%，每立方米氢气电耗为4-5kW·h。
二氧化碳和氢气转化为天然气的生物甲烷化工艺
石墨烯型膜材料制备的新方法
新 加 坡 义 安理 工 学 院 和纽 卡斯 尔 大学 的研 究人 员报 告 了一 种 简 单 的制备 石 墨 烯型 复 合膜 材 料 的 方 法 ，他 们 通过 引 入胺 类 和羧 基来 提 高 石 墨烯 的可 湿 润性 。一 ｃＯ ０Ｈ 和 一 Ｏ Ｈ 官 能 团提 高 了石墨 烯 氧 化
在 可见 光 下 ，量 子 棒 吸收 光子 释 放 出 电子 ，然 后 电
Hale Waihona Puke 能 生产 碳 纤维 的新 工艺 ，预计 能 把单 系 列 生产 线 的 生 产能 力提 高 到近 ２万 吨／ 年 ，比现有 生产 线 的产 能 高 １ ０倍 ，同时 还 能 降低 ５ ０％ 生产 成 本 及 ＣＯ， 排 放 。到 目前 为止 已得 到 ３项 重要 结果 ：不 需要 氧 化
物 的亲水 性 ，研究 人 员通过 引入 一 Ｃ ００ Ｈ 和 ～ ＮＨ，
国内超级悬浮床工业示范装置一次 开车成功
我 罔首 套 自主研 发 的超 级 悬 浮床 工 业示 范装 置 近 日一 次 开 车成 功 。 该装 置 由北京 三聚 环保 新 材料 股 份有 限公 司和 北 京华 石联 合 能 源科 技 发展 有 限公 司联合 开 发 。悬 浮床单 元 总转化 率 ９ ６％ ９ ９ ％ ，轻
二氧 化 碳排 放 的 问题 ”。李 灿表 示 ，我 国是 国 际上
只有 ２ ０ ％。为 了提高 性能 ，研究 人 员测 试 了各 种 反 应 条 件 。在 新 的 研究 中他 们 通过 提 高 ｐ Ｈ 值 并 加 入 异 丙 醇取 得 了成 功 。在 这 些条 件 下 ，空 穴氧 化 氢 氧 根阴离子 （ 高 ｐ Ｈ 值 下 氢 氧 根 阴离 子更 多 ）得 到 羟 基 自由基 ，而异 丙 醇将 电子 贡献 给 羟基 自由基 ，这
关于甲烷化技术的认识
关于甲烷化技术的认识根据收集到的资料，本文拟从甲烷化技术的原理、技术现状、对比及甲烷化技术在煤制天然气中的能耗占比等方面进行总结。
一、甲烷化技术的原理1、技术原理所谓甲烷化，是指合成气中CO、CO2和H2在一定的温度、压力及催化剂作用下，进行化学反应生成CH4的过程。
其反应方程式如下所示：CO+3H2=CH4+H2O+206.2 KJ/molCO2+4H2=CH4+2H2O+165KJ/mol因此，甲烷化过程是一个体积减小的强放热可逆反应，放热效应比甲醇合成更大（甲醇合成的放热分别为90.8KJ/mol和58.6KJ/mol）。
因此，甲烷化技术的关键在于以下两点：1）反应热的控制及回收；2）催化剂的性能及保护。
2、现有甲烷化技术2.1 技术概况现有甲烷化技术大致分为以下三大类，其技术特点如下表1所示：表1：甲烷化技术特点2.2 技术对比表1从上到下，技术越来越先进，能耗越来越低，但对催化剂、工艺、设备制造等的要求越来越高。
以合成气制天然气来说，目前仅绝热多段循环技术实现大型工业化运行，且均为国外技术，如Davy，拓普索、Lurgi，国内技术目前尚无大型工业化运行装置，仅在绝热多段循环技术与绝热多段无循环技术上完成了投料千标方/h规模的中试，分别为：西南化工研究院技术与华福联合体技术。
2.2.1 西南化工研究院技术2014年12月30日，由西南化工研究院与中海油气电集团合作研发的“煤制天然气甲烷化中试技术”，通过了中国石油和化学工业联合会组织的成果鉴定。
达到世界领先水平的该技术，具有低循环比甲烷化工艺、高性能甲烷化催化剂等优势，可生产高质量、低成本的合成天然气，并具备工业化条件。
2009年以来，煤制天然气甲烷化工艺技术及催化剂研究，先后完成350标准立方米/小时煤制天然气甲烷化模试；启动国内规模最大的2000标准立方米/小时煤制天然气甲烷化全流程1200小时中试试验，通过72小时满负荷连续运行考核；完成4000小时甲烷化催化剂寿命试验，建成了催化剂工业生产装置，以工业原料生产出了合格的催化剂产品。
制氢储运和加注全产业链氢气成本分析
制氢储运和加注全产业链氢气成本分析氢气作为一种清洁能源，具有较高的能量密度和零排放的特点，受到了越来越多的关注。
然而，氢气的生产、储运和加注过程中存在一系列的成本，这是发展氢能产业所面临的重要挑战之一、下面将从制氢、储运和加注三个环节进行氢气成本的分析。
其次，储运环节。
氢气的储存和运输是一个关键的环节。
当前常用的氢气储存和运输方法有压缩氢气和液化氢气。
在压缩氢气的储运过程中，需要投入大量的能源用于将氢气压缩到一定的压力，并需要相应的压缩设备和储罐。
液化氢气则需要将氢气通过低温技术冷却至液态，然后将其储存在特殊的容器内。
这两种方法的成本主要包括设备成本、能源成本和运输成本。
目前，液化氢气的成本更高，主要是由于低温工艺和设备的体积大、能耗高。
最后，加注环节。
将氢气加注到氢能源车辆中需要投入相应的加注设备和站点建设。
加注设备的成本主要包括设备购置成本和设备维护成本。
站点建设的成本则包括土地购置、建筑物建设、仪表设备等。
此外，氢气的运输成本也会对加注成本产生一定的影响。
另外，加注环节中的安全问题也需要引起重视，这将进一步增加成本。
总体来说，制氢、储运和加注是氢能产业链中的重要环节，也是氢气成本的重要组成部分。
当前，氢气的生产成本主要受限于制氢方法和电力成本，储运成本受到液化氢气的高成本和压缩氢气的能耗问题的制约，而加注成本则主要受到设备和站点建设的影响。
随着技术的进一步发展和成熟，相信氢气的成本将逐渐降低，为氢能产业的发展提供更多的支持。
甲烷化技术
甲烷化技术¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯甲烷化技术是煤制天然气的关键环节，一氧化碳和氢气在一定温度、压力和催化剂下合成甲烷的反应叫甲烷化反应。
煤制天然气的原理就是合成气的甲烷化反应，其化学方程式如下：一氧化碳和氢反应：CO +3H2 =CH4 +H2O △H= -206.2kJ/mol反应生成的水与一氧化碳发生作用CO +H2O =CO2 +H2 △H= -38.4kJ/mol二氧化碳与氢作用：CO2 +4H2 =CH4 +2H2O △H =-165.0kJ/mol以上反应体系为强放热、快速率的自平衡反应，温度升高到一定程度后反应速率快速下降且向相反方向（左）进行。
另外甲烷化的过程属于体积缩小的反应，增加反应压力，一方面有利于提高反应速率，另一方面有助于推动反应向甲烷合成向进行，增加压力可以在很大程度上减小装置体积，提高装置产能。
甲烷化反应为强放热反应，每转化1%的CO，体系绝热升温约72℃，因此煤制天然气工艺要解决一氧化碳转化率和反应热的转移问题。
该过程中发生的副反应：一氧化碳的分解反应：2CO =CO2 +C △H= -173.3kJ/mol沉积碳的加氢反应C +2H2 =CH4 △H = -84.3kJ/mol该反应在甲烷合成温度下，达到平衡是很慢的。
当有碳的沉积产生时催化剂失活。
反应器出口气体混合物的热力学平衡，决定于原料气的组成、压力和温度。
目前，甲烷化技术已经用在大规模的合成气制天然气上，最大的问题是催化剂的耐温和强放热反应器的设计制作上。
甲烷化工艺有两步法和一步法两种类型。
甲烷化技术
比如托普索采用三塔串联第一塔最高温度可达到700度。 名称 材质 温度 催化剂 形状 甲烷量
反应器1 特制结构 650~700 MCR-2X 七孔 50~60%转化
反应器 2/ 反应器3 碳钢 大约300度 PK-7R 圆柱形 反应热可以高压过热蒸汽方式进行循环，也可以 直接用于涡轮机。
我国在20世纪80年代至90年代煤气甲烷化增加热 值的研究开发工作的进展较为迅速。参与此研究工作 的主要西北化工研究院、有中科院大连化学物理研究 所、大连理工大学、华东理工大学、中国科技大学、 上海煤气公司等，其中中科院大连化学物理研究所、 华东理工大学及西北化工研究院在低热值煤气甲烷化 制取中热值城市煤气方面进行了大量工作。 随着煤制天然气产业发展，新奥集团也开始了甲 烷化催化剂及工艺的开发，目前也完成了模试。 · 中科院大连化学物理研究所进行了常压水煤气甲 烷化、加压耐硫甲烷化及低压耐硫甲烷化技术的研究 开发
二是、具有较快的反应速率和较高的选择性，钌 基甲烷化催化剂在反应接触时间极短的情况下，CO、 CO2甲烷化选择性、转化率依然很高。由于反应接触 时间较短可以允许空速较大，因此可以缩小甲烷化装 置的规模，减少工程投资，提高设备的利用率。
三是、具有较高的抗积炭和抗粉尘毒化能力。甲 烷化催化剂使用前以氢气和脱碳后的原料气还原： NiO+H2=Ni+H2O+1.26kj NiO+CO=Ni+CO2+38.5kj 催化剂一经还原就有活性，甲烷化反应就可以进 行，有可能造成温升，因此碳氧化物应控制在1％以下。 还原后的镍催化剂会自燃，要防止与氧化性气体接触。 硫、砷和卤素元素都能使催化剂中毒，即使有微量也 会大大降低催化剂的活性和寿命，硫和砷都是永久毒 物，不能恢复。
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氢气甲烷化成本
氢气甲烷化是一种重要的化学反应，可以将氢气和甲烷转化为一种更加高效的燃料。
然而，这种反应的成本一直是一个关注的焦点。
在本文中，我们将探讨氢气甲烷化的成本问题，并分析其影响因素。
首先，氢气甲烷化的成本主要由以下几个方面组成：原材料成本、能源成本、劳动力成本、设备成本和环保成本等。
其中，原材料成本和能源成本是影响氢气甲烷化成本的主要因素。
在原材料方面，氢气和甲烷是氢气甲烷化反应的主要原料。
目前，氢气和甲烷的价格相对较高，这也导致了氢气甲烷化成本的上升。
此外，氢气和甲烷的纯度也会影响成本，因为高纯度的原材料价格更高。
在能源方面，氢气甲烷化反应需要消耗大量的能源，如电力、天然气等。
因此，能源价格的波动也会直接影响到氢气甲烷化成本。
此外，能源的供应稳定性也是一个重要的问题，因为能源供应不稳定会导致生产过程中出现停工等问题，进而影响到成本。
除了原材料和能源成本外，劳动力成本也是影响氢气甲烷化成本的因素之一。
在生产过程中，需要大量的人力投入，包括生
产工人、技术人员等。
因此，劳动力成本也会对氢气甲烷化成本产生一定的影响。
设备成本也是影响氢气甲烷化成本的重要因素之一。
在生产过程中，需要使用各种设备和仪器，这些设备和仪器的价格也会直接影响到成本。
此外，设备的维护和更新也需要一定的投入，这也会增加成本。
最后，环保成本也是影响氢气甲烷化成本的重要因素之一。
随着环保意识的提高，生产过程中需要遵守更加严格的环保标准。
这不仅需要增加环保设备投入，还需要增加环保人员投入和环保检测等方面的投入。
这些环保投入也会直接影响到氢气甲烷化成本。
综上所述，氢气甲烷化成本受到多方面因素的影响，其中原材料成本和能源成本是影响最为显著的因素。
在未来，随着新能源技术的不断发展和应用，氢气甲烷化成本也有望得到进一步降低。