甲醇與水在一定的溫度和壓力下,通過催化劑的作用,發生催化裂解反應和一氧化碳變換反應,終產生氫氣與二氧化碳的混合氣體。這個反應系統相當復雜,涉及多個組分和反應。主要反應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生成二氧化碳和氫氣。經過換熱、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%的轉化氣。甲醇的單程轉化率高達95%以上,未反應的原料則循環使用。隨后,轉化氣通過變壓吸附裝置進行分離提純,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,實現氫氣的分離提純。在固定吸附床中,通過充填吸附劑,含氫混合氣體在特定壓力下進入吸附床。由于不同組份的吸附特性不同,它們會在吸附床的不同位置形成吸附富集區。強吸附組份(如二氧化碳)會富集在吸附床的入口端,而弱吸附組份(如氫氣)則會富集在出口端。通過這種方式,可以實現氫氣的有效分離提純。PSA變壓吸附技術能夠制取出純度高達99%~999%的氫氣。綠氫在制備過程中可以實現零碳排放量,因此也被稱為綠色能源。邢臺附近電解水制氫設備企業
陰離子交換膜電解水技術(AEM)AEM是較為新興的電解水制氫技術,尚處于研發階段。備受關注的原因是其采用陰離子交換膜作為電解質,將ALK的低成本和PEM簡單、高效的優點相融合。現階段的研究重點陰離子交換膜材料開發和機理研究,主要以國外大學,國家實驗室等科研機構主導(如NortheasternUniversity,LosAlamos,UniversityOregon,GeorgiaTech等)。其與PEM的根本區別在于將膜的交換離子由質子換為氫氧根離子。氫氧根離子的相對分子質量是質子的17倍,這使得其遷移速度比質子慢得多。AEM的優勢是不存在金屬陽離子,不會產生碳酸鹽沉淀堵塞制氫系統。AEM中使用的電極和催化劑是鎳、鈷、鐵等非貴金屬材料,且產氫的純度高、氣密性好、系統響應快速,與目前可再生能源發電的特性十分匹配。但AEM膜的機械穩定性不高,AEM中電極結構和催化劑動力學需要優化。AEM電解水技術處于千瓦級的發展階段,在全球范圍內,一些研究組織/機構正在積***力于AEM水電解槽的開發,為了擴大這項技術的商業應用,仍然需要一些創新與改進。PEM純水電解制氫設備山東目前,電解水制氫技術已經得到了廣泛應用,并且隨著技術的不斷發展。
現在世界上每年消耗的氫氣在5000萬噸左右,其中96%來自化石能源,*4%來自電解水,而且所用的電也并非全部來自可再生能源。綠氫是統籌解決全球氣候變化、能源安全與傳統產業轉型升級的重要措施,伴隨著以綠色低碳為特征的能源產業和技術變革在世界范圍內興起,綠氫發展將不斷加速。發展綠色氫能也是促進我國實現“雙碳”目標,加快我國發展方式綠色轉型的強勁動力。主要表現在:能源維度:利用本土可再生能源制氫,降低化石能源進口依賴,優化能源結構,提升能源自給與穩定性。環境層面:助力各行業脫碳,尤其助力高排放行業達成碳中和,減少污染排放,改善大氣質量。經濟領域:催生產業鏈各環節新興產業,推動傳統產業低碳升級,創造大量就業崗位,促進區域協調發展。技術方面:激發多領域技術創新,增強自主創新力,利于國際合作交流,提升國際能源領域話語權。
堿性水電解制氫(ALK)設備技術成熟、投資成本低,是現階段商業運行的主要設備,技術發展向擴大設備規模、提高寬負荷調節能力、保障運行穩定等方向發展。質子交換膜水電解制氫(PEM)設備成本較高,但具有能耗低和運行靈活等優勢,目前技術發展向加大設備功率、提高電流密度和降低成本等方向發展。陰離子交換膜水電解制氫(AEM)兼具PEM的風光耦合以及堿性槽無貴金屬、價格低的特點,但是目前AEM膜壽命仍存不確定性,暫時較難適配工程化需求。固體氧化物水電解制氫(SOEC)具有高效、可逆、材料成本低廉等優點,但在電解堆集成、電解槽堆設計結構優化、電極和封接等材料及技術仍需重點突破。因此,SOEC、AEM等技術目前還有待進一步研發以實現商業化。電解槽是電解水制氫系統的裝備,在直流電作用下,水通過電化學反應,得到氫氣和氧氣。
三種制氫路線:“成本”短期制約,“可持續”長期。氫氣制備方式主要包括化石燃料制氫、工業副產氫和電解水制氫三類。其中電解水制氫是利用水的電解反應制備氫氣的技術,可再生電力制氫稱為“綠氫”,是零碳排、可持續的“路線”,但目前成本仍是制約其普及的瓶頸因素,其規模化應用需要產業鏈各環節推動降本。影響單位制氫成本的主要因素包括電價、單位電耗、設備單價、運行壽命等因素。隨著后續風光發電LCOE下降、電解槽量產降本、效率提升和壽命增加,電解水制氫成本有望逐步接近工業副產氫甚至煤制氫,實現經濟性。氣液分離裝置將電解產生的氣體與電解液進行分離,得到粗氫。廊坊小型電解水制氫設備企業
PEM電解水制氫技術被公認為一種極具發展潛力的綠色制氫方法。邢臺附近電解水制氫設備企業
2023年全球電解水制氫項目建設的主要推動者為各國各領域企業、地方。其中,各國能源、化工及交通領域的企業是直接推動方,主要基于自身傳統業務的綠色轉型展開。如中國中石化新疆庫車綠氫項目,制取綠氫用于中石化旗下的塔河煉化替代傳統天然氣制氫;國際航運馬士基推動的丹麥Aabenraa港口綠氫制甲醇項目,為馬士基旗下的甲醇船舶提供零碳甲醇燃料。其次,各國的財政支持也是電解水制氫項目推進的重要因素,典型的如瑞典鋼鐵企業Ovako建成的綠氫替代傳統燃料冶金項目,綠氫產能約3千噸/年,其中瑞典能源署提供了30%以上的建設資金。邢臺附近電解水制氫設備企業