梁 峰，魯樹(shù)亮，黃順賢，尹雅棠，吳言澤，孫宏強(qiáng)

(1.中國(guó)石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東 青島 266500；2.中國(guó)石化北京化工研究院；3.中國(guó)石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部；4.中國(guó)石化濟(jì)南分公司)

沿海某市于2021年1月開(kāi)通首條氫能公交示范線，所需燃料電池氫通過(guò)拖車自300km以外運(yùn)輸而來(lái)。采用該措施用氫成本高、供氫穩(wěn)定性差，對(duì)建設(shè)氫能公交線和加氫站形成很大的資源制約。為消除氫能資源“瓶頸”，滿足氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求，位于該市的某煉化公司建設(shè)燃料電池氫供應(yīng)基地，滿足周邊多條氫能公交線路和港口車輛等用氫需求。該公司與中國(guó)石化北京化工研究院(北化院)合作，首次通過(guò)低溫甲烷化脫除碳氧化物技術(shù)生產(chǎn)燃料電池氫，產(chǎn)品收率接近100%，完成了所在城市當(dāng)年第一車燃料電池氫出廠的目標(biāo)。以下對(duì)有關(guān)氫能資源、技術(shù)方案、應(yīng)用效果等進(jìn)行分析討論。

1 煉化企業(yè)氫氣來(lái)源和特點(diǎn)

1.1 氫氣來(lái)源

煉化企業(yè)氫氣主要有以下來(lái)源：①副產(chǎn)氫，包括煉油廠重整裝置副產(chǎn)氫和富氫氣體回收以及化工系統(tǒng)中乙烯等裝置副產(chǎn)氫等；②制氫裝置生產(chǎn)的氫；③外購(gòu)氫。隨著油品質(zhì)量升級(jí)和環(huán)保要求的不斷提高，煉化企業(yè)氫氣用量不斷增加，僅靠利用副產(chǎn)氫已難以滿足煉化企業(yè)裝置氫平衡要求。因此，煉化企業(yè)普遍需要新建、擴(kuò)建制氫裝置[1]。如上述煉化公司除1.8 Mt/a連續(xù)重整裝置副產(chǎn)氫外，另外還建有2套以煉油廠副產(chǎn)氣和天然氣為原料的制氫裝置，其制氫能力分別為30 000 m3/h和40 000 m3/h，從而解決了副產(chǎn)氫無(wú)法滿足全廠氫平衡的問(wèn)題。

1.2 制氫過(guò)程和原料

該公司制氫裝置采用如圖1所示的制氫工藝，該工藝主要包括原料氣加氫脫硫、輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化、一氧化碳(CO)中溫變換、變壓吸附(PSA)氫提純等4部分。

圖1 制氫過(guò)程示意

制氫原料氣主要采用加氫尾氣，少量天然氣作為原料氣補(bǔ)充，加氫尾氣和天然氣的組成見(jiàn)表1。

表1 制氫原料氣組成

1.3 雜質(zhì)的來(lái)源與脫除

1.3.1 影響制氫催化劑的雜質(zhì)及其脫除

制氫原料氣中的硫、氯雜質(zhì)，是輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化制氫催化劑的毒物，故包括該公司在內(nèi)的制氫裝置一般均設(shè)計(jì)了制氫原料加氫預(yù)處理單元，將原料中的有機(jī)硫、有機(jī)氯轉(zhuǎn)化為H2S、HCl，進(jìn)行化學(xué)吸附脫除。

加氫尾氣主要由H2和甲烷、乙烷、丙烷等低碳烷烴組成，不含氯，主要雜質(zhì)為硫。但該加氫尾氣在加氫裝置內(nèi)已經(jīng)N-甲基二乙醇胺(MDEA)濕法脫硫處理(表1中的氨來(lái)源于此過(guò)程)，干氣中總硫含量已降至如表1所示的范圍。天然氣為來(lái)自管網(wǎng)的潔凈天然氣，不含有機(jī)硫和有機(jī)氯雜質(zhì)[2]。

該公司對(duì)加氫預(yù)處理后的混合原料氣進(jìn)行了雜質(zhì)分析，通過(guò)氣相色譜法(SCD)測(cè)定H2S和各種形態(tài)硫含量，通過(guò)庫(kù)侖法測(cè)定總硫含量，通過(guò)載有指示劑的檢測(cè)管來(lái)測(cè)定HCl含量，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 加氫預(yù)處理后制氫原料氣中硫和氯含量

因原料主要為加氫尾氣和天然氣，不含復(fù)雜形態(tài)的大分子硫和有機(jī)氯等難以通過(guò)加氫過(guò)程脫除的雜質(zhì)，故經(jīng)加氫預(yù)處理后的混合原料氣中的硫、氯被完全脫除，其含量均在分析儀檢測(cè)限以下，總硫及各形態(tài)硫的質(zhì)量濃度均小于0.1 mg/m3，HCl體積分?jǐn)?shù)小于0.1 μL/L。折算后的總硫化物體積分?jǐn)?shù)小于0.07 μL/L，其他形態(tài)的含硫分子更大，折算后的體積分?jǐn)?shù)會(huì)更低，即在分析儀精度內(nèi)未檢測(cè)出硫、氯雜質(zhì)。

1.3.2 影響工業(yè)氫質(zhì)量的雜質(zhì)及其脫除

制氫裝置生產(chǎn)的工業(yè)氫用于加氫工藝，其質(zhì)量控制要求主要是H2純度和雜質(zhì)含量。采用如圖1所示制氫工藝時(shí)，一般要求PSA出口工業(yè)氫的H2體積分?jǐn)?shù)不小于99.9%，雜質(zhì)(CO+CO2)體積分?jǐn)?shù)不大于20 μL/L，CH4體積分?jǐn)?shù)不大于0.1%。

影響工業(yè)氫質(zhì)量的雜質(zhì)，主要是CO中溫變換氣所挾帶的雜質(zhì)(CO，CO2，CH4等)，這些雜質(zhì)將通過(guò)PSA氫提純過(guò)程除去。表3是以煉廠氣或天然氣為原料的制氫裝置PSA入口的中溫變換氣典型組成和經(jīng)PSA氫提純后工業(yè)氫的指標(biāo)要求。

表3 制氫PSA入口氣體組成和出口工業(yè)氫指標(biāo)

PSA是一種依靠壓力變化利用吸附劑對(duì)氣體中不同組分進(jìn)行吸附與再生的氣體分離技術(shù)，廣泛應(yīng)用于含氫氣體的氫氣提純。PSA由若干臺(tái)吸附罐組成，每臺(tái)吸附罐裝有相同裝填順序的吸附劑，利用吸附劑對(duì)混合氣體中的氫組分吸附能力弱，而對(duì)其他組分吸附能力強(qiáng)的特性，將通過(guò)床層氣體中的雜質(zhì)吸附下來(lái)，得到較高純度氫氣。吸附劑再生時(shí)，通過(guò)逆向解吸等過(guò)程將吸附劑上的CO,CO2,CH4雜質(zhì)以及被吸附的少量H2，經(jīng)脫吸過(guò)程排放至解吸氣系統(tǒng)中，用于制氫轉(zhuǎn)化爐燃料。目前，通過(guò)PSA提純氫氣的技術(shù)已經(jīng)很成熟，采用該技術(shù)裝置所生產(chǎn)的工業(yè)氫質(zhì)量普遍較為穩(wěn)定。

1.3.3 影響燃料電池氫質(zhì)量的雜質(zhì)及其脫除

制氫過(guò)程為體積增加反應(yīng)，其主反應(yīng)見(jiàn)式(1)。

CH4+2H2O(蒸汽)=4H2+CO2

(1)

由式(1)可知，單位體積原料氣(CH4)通過(guò)蒸汽轉(zhuǎn)化過(guò)程體積增大至5倍，則氣體中硫、氯含量被稀釋，降至加氫預(yù)處理后原料氣中雜質(zhì)含量的20%。

該公司制氫原料氣比較潔凈，含鹵化合物中除可能有微量HCl外，不含有其他鹵化物。由表2可知，HCl體積分?jǐn)?shù)小于0.1 μL/L，經(jīng)過(guò)制氫過(guò)程體積增大而稀釋后，原料帶入的HCl體積分?jǐn)?shù)可降至0.02 μL/L，已滿足燃料電池氫國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 37244—2018中鹵化物體積分?jǐn)?shù)不大于0.05 μL/L的要求。

同樣，按原料帶入的總硫體積分?jǐn)?shù)小于0.07 μL/L測(cè)算，進(jìn)入PSA中變氣中總硫體積分?jǐn)?shù)可降至小于0.014 μL/L，但不滿足燃料電池氫國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 37244—2018要求的總硫體積分?jǐn)?shù)不大于0.004 μL/L。若原料氣中總硫質(zhì)量濃度為0.1 mg/m3(0.07 μL/L)，則需采取進(jìn)一步脫除措施。

在PSA吸附步驟，中溫變換氣自下而上進(jìn)入吸附罐，依次穿過(guò)不同功能的吸附劑，雜質(zhì)被吸附，氫氣純度越來(lái)越高，最后到達(dá)頂部成為較高純度氫氣。以該公司制氫PSA為例，吸附罐自下而上第一層為活性氧化鋁吸附劑，脫除水分；第二層吸附劑為專用硅膠，脫除水分和CO2；第三層吸附劑為專用活性炭，有強(qiáng)力脫除CO2的作用；第四層為活性炭載體的金屬絡(luò)合吸附劑，脫除CO；第五層為5A分子篩，對(duì)氫氣中CH4，N2，CO進(jìn)行精準(zhǔn)脫除，確保產(chǎn)品最終純度。

圖2為分子篩吸附劑對(duì)中溫變換氣中H2和典型雜質(zhì)的吸附能力強(qiáng)弱示意[3]。

圖2 不同組分在分子篩上的吸附能力強(qiáng)弱

由圖2可知，除目的產(chǎn)品H2外，H2O，H2S，CO2，CH4均較CO和N2更容易被吸附，在吸附劑裝填量足夠的情況下，CO和N2被吸附脫除至較低濃度時(shí)，其余雜質(zhì)的含量勢(shì)必較CO和N2更低。以CO2雜質(zhì)為例，盡管中溫變換氣中的CO2是含量最高的雜質(zhì)，但其具有容易被吸附的特性，在依次經(jīng)過(guò)吸附罐中下部的硅膠、活性炭后，可以被吸附脫除干凈，即使有少量未被吸附而逃逸的CO2，也難以再通過(guò)后面兩層吸附劑，故當(dāng)氫氣中較難被脫除的CO體積分?jǐn)?shù)降至工藝要求的20 μL/L甚至10 μL/L以下時(shí)，CO2將被全部吸附脫除或含量降至極低。同樣，即使原料氣經(jīng)加氫處理后殘余的微量H2S被帶入PSA，因含量極低，也將被PSA吸附劑脫除干凈，不會(huì)進(jìn)入產(chǎn)品氫氣。

為驗(yàn)證上述分析的正確性，特委托國(guó)家權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)，對(duì)該公司兩套制氫裝置所產(chǎn)工業(yè)氫進(jìn)行了分析，并與燃料電池氫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比，詳見(jiàn)表4。

表4 工業(yè)氫數(shù)據(jù)與燃料電池氫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

從表4可見(jiàn)，PSA出口工業(yè)氫中，在工業(yè)氫氣雜質(zhì)中CO和N2含量較高，N2為原料帶入的NH3在制氫過(guò)程中高溫裂解所產(chǎn)生[按(N2+Ar)計(jì)]；CO2含量極低，與CO相比可忽略不計(jì)，與前述的PSA所產(chǎn)工業(yè)氫中CO2等雜質(zhì)含量將遠(yuǎn)低于CO的分析結(jié)論一致。經(jīng)PSA技術(shù)商確認(rèn)，制氫PSA出口工業(yè)氫，在CO體積分?jǐn)?shù)不大于20 μL/L的工藝要求時(shí)，其CO2含量遠(yuǎn)低于GB/T 37244—2018的標(biāo)準(zhǔn)限值；若含有微量H2S，也將被PSA吸附劑脫除至GB/T 37244—2018的標(biāo)準(zhǔn)限制以下。

從表4還可以看出，工業(yè)氫中除CO外，其余指標(biāo)均滿足GB/T 37244—2018標(biāo)準(zhǔn)要求。若以工業(yè)氫為原料生產(chǎn)燃料電池氫，需考慮降低工業(yè)氫中CO至標(biāo)準(zhǔn)限值以下。

2 脫除CO的甲烷化技術(shù)

2.1 甲烷化技術(shù)及特點(diǎn)[4]

甲烷化是指碳氧化物(CO和CO2)在H2環(huán)境和催化劑作用下，與H2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CH4的過(guò)程，反應(yīng)式如下：

CO+3H2=CH4+H2O(g)
ΔH=-206.2 kJ/mol

(2)

CO2+4H2=CH4+2H2O(g)
ΔH=-165.0 kJ/mol

(3)

以甲烷化反應(yīng)為核心的甲烷化技術(shù)，廣泛應(yīng)用于乙烯裝置粗氫的提純精制過(guò)程，目前可將CO體積分?jǐn)?shù)由0.1%～1%降至1 μL/L以下，滿足下游用氫裝置要求。若氫氣中CO和CO2同時(shí)存在，則CO2也一同發(fā)生甲烷化反應(yīng)而使體積分?jǐn)?shù)降至1 μL/L以下。

甲烷化反應(yīng)熱效應(yīng)與CO和CO2濃度有關(guān)，通常每轉(zhuǎn)化1%的CO和CO2，絕熱溫升分別約為75 ℃和60 ℃。

2.2 甲烷化技術(shù)生產(chǎn)燃料電池氫的分析

文獻(xiàn)[5]報(bào)道，甲烷化精制乙烯粗氫時(shí)，反應(yīng)器入口和反應(yīng)放熱后的床層溫度分別為168 ℃和183 ℃，氣體體積空速5 500 h-1，氫氣中CO體積分?jǐn)?shù)可從0.2%降至0.2 μL/L以下。若僅從降低CO雜質(zhì)含量的角度考慮，甲烷化技術(shù)應(yīng)可以將工業(yè)氫中CO雜質(zhì)體積分?jǐn)?shù)降至0.2 μL/L以下，滿足GB/T 37244—2018對(duì)CO的要求。

由式(2)可知，甲烷化脫除CO時(shí)，降低的CO將轉(zhuǎn)化成等分子數(shù)的CH4和H2O，可能對(duì)燃料電池氫質(zhì)量造成影響。

按照工業(yè)氫中CO體積分?jǐn)?shù)最大為20 μL/L測(cè)算，則甲烷化后燃料電池氫中的CH4和H2O體積分?jǐn)?shù)各自增加20 μL/L，其他雜質(zhì)含量不受影響。從GB/T 37244—2018 對(duì)CH4含量的要求中可知，在CH4體積分?jǐn)?shù)超過(guò)2 μL/L時(shí)，CH4，N2，Ar的總體積分?jǐn)?shù)不可超過(guò)100 μL/L，而表4顯示工業(yè)氫中的N2和Ar總體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)小于100 μL/L，即使加上CO甲烷化新增加20 μL/L的CH4，也遠(yuǎn)小于100 μL/L，因此可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。工業(yè)氫中H2O體積分?jǐn)?shù)增加20 μL/L，顯然不能滿足GB/T 37244—2018對(duì)H2O體積分?jǐn)?shù)不大于5 μL/L的要求，但可以通過(guò)干燥脫水，比較容易地將H2O體積分?jǐn)?shù)降至5 μL/L以下。

經(jīng)以上分析可知，采用甲烷化技術(shù)降低工業(yè)氫中的CO，并將甲烷化后的氫氣干燥脫水，可滿足燃料電池氫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 甲烷化生產(chǎn)燃料電池氫的技術(shù)方案

3.1 主要技術(shù)條件

一般的工業(yè)條件下，甲烷化反應(yīng)不受化學(xué)平衡制約[6]，確定反應(yīng)條件主要是根據(jù)選定的催化劑來(lái)確定合適的壓力、溫度、空速等條件。

3.1.1 催化劑選擇

甲烷化催化劑主要采用的是價(jià)格相對(duì)低廉、活性高、選擇性好的鎳基催化劑[7-8]?？紤]到節(jié)能和較低溫度更容易實(shí)現(xiàn)，選用北化院開(kāi)發(fā)的低溫甲烷化催化劑，主要物理性質(zhì)見(jiàn)5。

表5 低溫甲烷化催化劑性質(zhì)

3.1.2 壓力、溫度、空速

甲烷化反應(yīng)平衡對(duì)壓力要求不嚴(yán)格，在0.1～2.0 MPa(表壓，下同)壓力下可完全反應(yīng)，CO平衡轉(zhuǎn)化率幾乎達(dá)到100%[9]，故選擇與工業(yè)氫的壓力一致的1.8 MPa作為反應(yīng)壓力。

研究表明，甲烷化反應(yīng)溫度低于400 ℃時(shí)，CO和CO2在熱力學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率接近100%[10]，因而反應(yīng)溫度按150～200 ℃設(shè)計(jì)。

根據(jù)工業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，考慮到工業(yè)氫中CO體積分?jǐn)?shù)通常較低，不到20 μL/L，遠(yuǎn)低于乙烯氫中的CO含量，將經(jīng)驗(yàn)值8 000 h-1作為設(shè)計(jì)空速。

3.1.3 催化劑裝量

本技術(shù)方案考慮盡快滿足周邊氫能公交線的用氫需求，同時(shí)需解決聚丙烯原料用高純氫氣(200 m3/h)的需求。兩條公交線路的燃料電池氫需求量約為800 kg/d，按每天充裝時(shí)間15 h計(jì)，要求甲烷化項(xiàng)目供氫能力為600 m3/h，同時(shí)考慮聚丙烯原料用氫需求，甲烷化氫提純規(guī)模應(yīng)為800 m3/h，則催化劑裝填量為0.1 m3。

3.2 工藝流程設(shè)計(jì)

圖3為該公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的甲烷化技術(shù)生產(chǎn)燃料電池氫的工藝流程示意。

圖3 利用甲烷化技術(shù)生產(chǎn)燃料電池氫的流程

設(shè)計(jì)了電加熱器提升反應(yīng)器入口的原料氣溫度，滿足反應(yīng)溫度要求?？紤]到工業(yè)氫中CO含量較低，甲烷化反應(yīng)器內(nèi)不會(huì)有明顯溫升，結(jié)合低壓蒸汽(約0.65～0.70 MPa，220 ℃)較為過(guò)剩的實(shí)際情況，專門設(shè)計(jì)了低壓蒸汽伴熱的夾套式甲烷化反應(yīng)器，維持床層溫度。

甲烷化過(guò)程中生成微量水，其體積分?jǐn)?shù)需降至不大于5 μL/L，因而專門設(shè)置了2臺(tái)可切換再生的干燥吸附脫水器(罐)。

該干燥器中的分子篩床層可對(duì)甲烷化過(guò)程產(chǎn)生且被攜帶過(guò)來(lái)的催化劑顆粒物起到攔截過(guò)濾作用。經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)分子篩干燥器出口進(jìn)行采樣檢測(cè)，最大顆粒物質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1 μg/g，遠(yuǎn)低于燃料電池氫指標(biāo)限值(1 μg/g)要求。另外，為保護(hù)壓縮機(jī)并防止壓縮機(jī)原因?qū)е鲁隹陬w粒物超標(biāo)，在燃料電池氫壓縮機(jī)入口和出口，均安裝了過(guò)濾器，也確保了燃料電池氫的顆粒物指標(biāo)達(dá)到要求。

4 應(yīng)用效果

低溫甲烷化技術(shù)生產(chǎn)燃料電池氫的技術(shù)改造投資65萬(wàn)元，取得第三方檢測(cè)報(bào)告和相關(guān)手續(xù)后，于2021年8月5日實(shí)現(xiàn)所在城市第一車燃料電池氫充裝出廠，當(dāng)年產(chǎn)銷售燃料電池氫18 580 kg，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

4.1 產(chǎn)品質(zhì)量

改造項(xiàng)目投用后，持續(xù)對(duì)甲烷化前和甲烷化后氫氣中CO和CH4兩種雜質(zhì)含量進(jìn)行了分析，表6為分析數(shù)據(jù)。從表6可知，甲烷化后，CO體積分?jǐn)?shù)可降至0.1 μL/L以下，滿足GB/T 37244—2018標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

表6 甲烷化前和甲烷化后氫氣的CO含量和CH4含量

根據(jù)GB/T 37244—2018，當(dāng)氫氣中甲烷體積分?jǐn)?shù)超過(guò)2 μL/L時(shí)，要求CH4，N2，Ar的總體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)100 μL/L。工業(yè)氫中CO經(jīng)甲烷化過(guò)程全部轉(zhuǎn)化為CH4后，甲烷化出口氫氣中的CH4等物質(zhì)的量增加，但甲烷化后氫氣中CH4體積分?jǐn)?shù)均小于50 μL/L，結(jié)合表4所列工業(yè)氫中的總氮含量數(shù)據(jù)，甲烷化后的燃料電池氫滿足CH4,N2,Ar總體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)100 μL/L的GB/T 37244—2018限值要求。

每次進(jìn)行燃料電池氫裝車出廠前，均對(duì)CO、CO2、總烴(以CH4計(jì))、H2O、O2等雜質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)分析，并委托第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)按GB/T 37244—2018要求定期進(jìn)行燃料電池氫全組分分析，均可達(dá)到GB/T 37244—2018要求。

4.2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

4.2.1 損失率低、資源利用率高

原料氫氣中CO體積分?jǐn)?shù)為μL/L級(jí)，故甲烷化消耗掉的氫氣也為μL/L級(jí)，按目前工業(yè)氫工藝要求控制CO最高不大于20 μL/L，結(jié)合式(2)測(cè)算，甲烷化過(guò)程因H2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷而消耗掉的H2不到0.006%，工業(yè)上可以忽略。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，氫氣裝運(yùn)拖車每車次充裝燃料電池氫約240 kg，每天出廠1車，每月折合為80 000 m3。干燥器每月再生1次，每次再生時(shí)間15～20 h，用另一并聯(lián)的干燥器所產(chǎn)氫氣對(duì)再生干燥器內(nèi)的水分進(jìn)行吹脫解吸。流量計(jì)顯示吹脫氣流量為20～30 m3/h，每次再生時(shí)吹脫用H2損失量約600 m3(進(jìn)入燃料氣系統(tǒng))，占80 000 m3的0.75%。

該公司后期投運(yùn)了同樣以工業(yè)氫為原料氣，采用PSA工藝再提純來(lái)生產(chǎn)同品質(zhì)燃料電池氫項(xiàng)目，PSA工業(yè)氫原料氣流量為1 000 m3/h時(shí)，可產(chǎn)出燃料電池氫800 m3/h，PSA法H2損失率為20%。

甲烷化技術(shù)方案生產(chǎn)燃料電池氫的收率為99.25%，高于普遍使用的PSA法(收率約80%)，提高了資源利用效率。

4.2.2 投資省

借鑒以上改造的成功經(jīng)驗(yàn)，某煉化企業(yè)正在建設(shè)一套1 000 m3/h的工業(yè)氫甲烷化生產(chǎn)燃料電池氫項(xiàng)目，氫提純凈化單元的設(shè)備投資約100萬(wàn)元，按照規(guī)模系數(shù)折算，3 000 m3/h的設(shè)備和催化劑投資將不足300萬(wàn)元，投資僅為同原料性質(zhì)、同規(guī)模PSA法的設(shè)備和吸附劑的30%，節(jié)省70%。

4.2.3 運(yùn)行成本低

經(jīng)運(yùn)行優(yōu)化，該甲烷化裝置的反應(yīng)器床層溫度已由開(kāi)工初期的160 ℃逐步降至115 ℃。因未安裝計(jì)量設(shè)施，按設(shè)計(jì)的循環(huán)水量0.4 t/h(0.2元/t)、反應(yīng)器加熱蒸汽量0.18 t/h(100元/t)、電加熱器正常情況下不需投用，測(cè)算出每年增加公用工程消耗費(fèi)用15萬(wàn)元。甲烷化技術(shù)生產(chǎn)燃料電池氫的損失率較同期運(yùn)行的PSA法低19百分點(diǎn)，按常見(jiàn)的生產(chǎn)燃料電池氫3 000 m3/h規(guī)模測(cè)算，甲烷化技術(shù)生產(chǎn)等量燃料電池氫可節(jié)約工業(yè)氫700 m3/h，按全年平均75%的負(fù)荷測(cè)算，節(jié)約氫氣4.4×106m3/a，折合390 t/a。按當(dāng)前工業(yè)氫1.3萬(wàn)元/t測(cè)算，與公用工程消耗的費(fèi)用相抵后，因減少工業(yè)氫損失可降低成本約490萬(wàn)元/a。

5 結(jié)束語(yǔ)

利用低溫甲烷化技術(shù)，配套設(shè)置干燥脫水設(shè)施，可以針對(duì)性地脫除制氫PSA工業(yè)氫中的碳氧化物，滿足燃料電池氫生產(chǎn)要求，產(chǎn)品收率接近100%，具有損失率低、資源利用率高、投資省和運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)。在沒(méi)有多余的副產(chǎn)氫可充分滿足氫氣平衡的情況下，對(duì)于利用天然氣制氫的工業(yè)氫氣來(lái)生產(chǎn)燃料電池氫的煉化企業(yè)，甲烷化技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)和合理性。