甲醇制氢：安全能源应用的新方式

甲醇制氢：安全能源应用的新方式

甲醇制氢技术作为氢能利用的重要技术之一，近年来在催化剂的选择、反应器设计以及系统集成方面取得了显著进展。甲醇制氢装置结构简单，投资规模和占地面积较小，适用于撬装式和可移动式的制氢场景。甲醇制氢技术因其高效、低成本的优势，预计将在未来的氢能市场中占据重要地位。

2020年9月份中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。然而我国的能源现状却不容乐观，中国能源结构“富煤、贫油、少气”，其中仅石油一项每年就有70%依赖进口，仅交通领域的石油消耗占比就超过70%。

甲醇含氢量高，能量密度高，制得的氢气纯度较高，杂质成分简单，纯化成本低。甲醇制氢装置结构简单，投资规模和占地面积较小，适用于撬装式和可移动式的制氢场景。

甲醇可以氢能作为载体，解决氢能制备储存和运输的安全性和成本性问题。甲醇重整制氢技术是将甲醇和水在催化剂的作用下重整生成氢气的过程，是氢能利用的重要技术之一。近年来，甲醇重整制氢技术在催化剂的选择、反应器设计以及系统集成方面取得了显著进展。例如，中国科学院上海高等研究院在甲醇重整制氢催化剂研究中取得了进展，开发出了新型的3D打印催化剂，提高了制氢效率和催化剂的机械强度。

甲醇重整制氢技术在燃料电池汽车、分布式能源系统以及工业氢气生产等领域具有广泛的应用。例如，中国船舶集团七一一所研发的甲醇重整制氢原理样机，为密闭空间燃料电池的安全高效用氢问题提供了解决方案。

随着氢能产业的发展，甲醇重整制氢技术因其高效、低成本的优势，预计将在未来的氢能市场中占据重要地位。

甲醇制氢的主要技术途径🈶以下5种：

1、甲醇水蒸气重整制氢(Methanol Steam Reforming, MSR)

这是最常见的甲醇制氢技术，涉及将甲醇和水蒸气混合后，在一定的压力和催化剂存在下以及170至300摄氏度的反应温度下进行裂解，产生氢气和二氧化碳。MSR技术的优势在于其较高的氢气产率、操作方便、反应条件温和以及较少的副产物，且技术已相对成熟。

2、甲醇裂解制氢(Methanol Cracking)

甲醇通过热解或催化裂解直接产生氢气和一系列其他产物。

3、甲醇部分氧化制氢(Partial Oxidation of Methanol, POM)

在这个过程中，甲醇在有限供氧的条件下转化为两种主要产物：氢气和一氧化碳。

4、甲醇电解制氢(Electrolysis of Methanol)

通过电解甲醇来产生氢气。由于甲醇可以作为电解液，因此可以在低温下开展此过程。

5、超声波分解甲醇水溶液制氢

使用超声波技术来分解甲醇水溶液，产生氢气。

甲醇制加氢模式与站外供氢站内加氢模式相比，有三方面优势。

一是成本可控。该模式下制加氢过程为智能化操作，与国内同类运行装备相比能耗更低、甲醇消耗更少，制氢量可根据加氢量需求数据进行灵活调整，从而降低储氢端的成本，经济效益较高。同时，只需甲醇作为液体运输到装备中制备氢气，之后直接通过加氢站注入汽车中，较站外供氢站内加氢模式下节省20%-35%左右的氢气输运成本。

二是避免长距离运输氢气，降低了安全风险。在站外供氢站内加氢模式下，氢气来源是炼化企业生产后通过高压储氢瓶存储，再通过长管拖车运输到加氢站内。在储运阶段，尤其是重复装氢卸氢过程中，储氢设备极易产生内胆锈蚀和氢脆、疲劳、氢渗、氢气剥离等问题而导致整体塑性降低，影响储氢设备服役寿命，同时非常容易爆炸。为了安全考虑，目前国内加氢站通常采用35吨重的罐装运输车辆运氢，但每辆车只能运输300公斤氢气，考虑到压力容器的安全，不能完全释放罐内氢气，实际只能卸装200多公斤，运输效率较低。而甲醇制加氢模式无需氢气的长距离储运及装卸，在站内实现制氢加氢过程，氢气即产即用，做到了用氢不运氢，从源头解决用氢安全难题，安全系数高。

三是该模式下加氢站可预留对外接口，充装长管拖车和作为母站为周边加氢站提供氢源，形成区域加氢子母综合站。此外，还可基于现有甲醇配送体系、天然气管网、加油站、CNG&LNG加注站等设施进行改扩建，易于推广。

国内已有21个省（自治区、直辖市）出台了相应的氢能规划，到2025年，推广燃料电池汽车的目标数量合计为11.1万辆，建设加氢站合计1071座。以此计算，年需求氢气数量约为45万吨，实际消耗甲醇约700万吨，以甲醇每年将近1800万吨的过剩产能，完全可以支撑各地氢能在燃料汽车领域的有效落地，节省了大量天然气、煤等资源，同时甲醇常温常压下呈液态，运输非常方便，提升了供给效率。此外，甲醇制加氢生产的氢气纯度能达到99.999%，可直接在氢燃料汽车中应用，促进高纯度氢能供给能力的提升，更降低了氢气中杂质对氢燃料电池系统的腐蚀作用，可促进氢燃料汽车中电池使用寿命的延长和大规模普及。

为推动我国氢能产业链高质量发展，并为未来相关建设提供依据，2024年3月19日，中国石化联合国内数十家氢能头部企业发布了国内首个《制氢加氢一体站技术指南》（T/CSPCI 50001—2024）团体标准。

采用《制氢加氢一体站技术指南》设计建设的大连盛港和南宁振兴制氢加氢一体站，在现场布置、设备小型化、技术集成化、控制智能化和本质安全化方面均处于行业领先地位，用氢成本较传统模式下降20%以上，为未来我国低成本加氢站的建设树立了标杆。

从技术路径上看，甲醇制氢主要有３种途径：甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇裂解制氢、甲醇部分氧化制氢，均属于成熟技术。2023年2月，我国首个甲醇制氢——加氢一体站在大连建成投用。这是一个可以现场制氢的加氢站，采用“撬块化建站模式”，站内的甲醇制氢装置产氢能力为500 Nm3/h，每天可产出1000公斤高纯氢气，比加氢站传统用氢方式可降低20%的成本。

甲醇制氢产业与石化机械存在多方面的紧密关系：

反应器及配套设备：石化机械企业可为甲醇制氢过程提供关键的反应器，如甲醇重整反应器、变换反应器等，这些反应器需要具备高效的传热传质性能和良好的耐高温、耐高压性能，以确保甲醇制氢反应的顺利进行。

分离与净化设备：在甲醇制氢过程中，需要对反应产物进行分离和净化，以获得高纯度的氢气。石化机械企业能够生产气体分离膜、变压吸附装置、氢气纯化器等设备，满足甲醇制氢产业对氢气分离和净化的需求。

泵、阀及管道系统：甲醇制氢装置需要大量的泵、阀及管道系统来输送甲醇、水、氢气等物料。石化机械企业可以提供各种耐腐蚀、耐高压的泵、阀及管道产品，确保物料的安全稳定输送。

工艺设计与优化：石化机械企业凭借其在石化领域的专业技术和丰富经验，能够参与甲醇制氢产业的工艺设计和优化工作，根据不同的生产规模、原料组成和产品要求，提供定制化的工艺方案，提高甲醇制氢的效率和经济性。

安装与调试：石化机械企业可以为甲醇制氢装置提供专业的安装和调试服务，确保设备的正确安装和稳定运行。在安装过程中，严格按照操作规程和质量标准进行施工，在调试阶段，对设备进行全面的检查和测试，及时发现并解决问题。

维护与维修：石化机械企业可以为甲醇制氢产业提供设备的维护、维修和保养服务，定期对设备进行检查和维护，及时发现和解决设备故障，确保设备的正常运行，延长设备的使用寿命，降低维修成本。

创新与研发：石化机械企业不断进行技术创新和产品研发，提高甲醇制氢设备的性能和质量，降低成本，推动甲醇制氢技术的进步和升级。例如，开发新型的催化剂和反应器，提高甲醇制氢的效率和选择性；研发高效的分离和净化技术，提高氢气的纯度和回收率。

标准制定：石化机械企业作为行业的重要参与者，积极参与甲醇制氢产业相关标准的制定工作，为行业的规范化和标准化发展提供技术支持和专业建议，促进甲醇制氢产业的健康发展。