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在我國(guó),煤炭和天然氣制氫哪個(gè)更經(jīng)濟(jì),更具合理性?

2019-07-12 11:42  來源:中國(guó)化工信息周刊  瀏覽:  

目前化石能源制氫仍然是氫能獲取的主要來源,在我國(guó),煤炭和天然氣制氫哪個(gè)更經(jīng)濟(jì),更具合理性?

氫能近年來迎來了風(fēng)口,主要源于兩個(gè)因素,一是隨著技術(shù)的進(jìn)步,制氫成本在不斷下降,二是燃料電池汽車的量產(chǎn),讓業(yè)界看到了交通領(lǐng)域的無限前景。

在制氫環(huán)節(jié),存在多種技術(shù)路線,從國(guó)際經(jīng)驗(yàn)來看,煤炭、天然氣均可作為大規(guī)模、穩(wěn)定的內(nèi)地制氫來源。

與當(dāng)前全球應(yīng)用最廣的天然氣制氫相比,煤制氫更符合我國(guó)資源條件,我們從經(jīng)濟(jì)性角度對(duì)二者進(jìn)行了比較。

制氫原料路線的選擇取決于原料資源的可獲得性、技術(shù)成熟度和原料經(jīng)濟(jì)合理。

比較而言,天然氣制氫單位投資低,煤制氫產(chǎn)量高,價(jià)格低廉,成本優(yōu)勢(shì)顯著。在天然氣價(jià)格較高和政策管控的情況下,煤制氫經(jīng)濟(jì)性好。

天然氣制氫主要流程包括常減壓蒸餾、催化裂化、催化重整和芳烴生產(chǎn)。

甲烷水蒸氣重整技術(shù)自1926年首次應(yīng)用至今,經(jīng)過近80多年的工藝改進(jìn),是目前工業(yè)上天然氣制氫應(yīng)用最廣的方法。

煤制氫涉及復(fù)雜的工藝過程。煤炭通過氣化、一氧化碳耐硫變換、酸性氣體脫除、氫氣提純等關(guān)鍵環(huán)節(jié),可以得到不同純度的氫氣。

一般情況下煤氣化需要氧氣,因此煤炭制氫還需要與之配套的空分系統(tǒng)。煤制氫的核心是煤氣化技術(shù)。

天然氣制氫成本主要由天然氣、燃料氣和制造成本構(gòu)成,其中天然氣價(jià)格占比73%,燃料氣占比14%、制造及財(cái)務(wù)費(fèi)占比9%。

煤制氫成本主要由煤炭、氧氣、燃料動(dòng)力能耗和制造成本構(gòu)成,但原料占比僅37%遠(yuǎn)小于天然氣比重。

一般煤制氫氣采用部分氧化工藝,按照配套空氣分離裝置氧氣成本測(cè)算,占?xì)錃馍a(chǎn)的26%。

由于煤制氫氣投入大,制造及財(cái)務(wù)費(fèi)用也成為重要的成本影響因素,占比達(dá)23%。

以9萬m3/h獨(dú)立制氫裝置,對(duì)兩種工藝路線進(jìn)行比較,假設(shè)條件如下:

(1)天然氣價(jià)格2018年沿江地區(qū)工業(yè)天然氣均價(jià)3.25元/立方米,以此作為天然氣制氫原料價(jià)格測(cè)算基礎(chǔ);2018年秦皇島動(dòng)力煤均價(jià)約600元/噸,以此作為煤制氫原料價(jià)格測(cè)算基礎(chǔ)。

(2)氧氣外購(gòu)成本0.5元/立方米,3.5MPa蒸汽100元/噸,1.0MPa蒸汽70元/立方米,新鮮水4元/立方米;電費(fèi)0.56元/千瓦時(shí)。

(3)煤制氫采用水煤漿技術(shù),建設(shè)投資12億元,天然氣制氫建設(shè)投資6億元。裝置10年折舊后殘值5%;修理費(fèi)3%/年,財(cái)務(wù)費(fèi)用按建設(shè)資金70%貸款,年利率5%。

從制氫成本敏感性圖可以看出,天然氣路線的制氫成本受天然氣價(jià)格影響較大,天然氣價(jià)格每上漲0.5元/立方米,制氫成本提升約0.2元/立方米。

而煤制氫路線的制氫成本受煤炭?jī)r(jià)格變化較小,煤炭?jī)r(jià)格每上升100元/噸,制氫成本提升約0.06元/立方米。

從原料價(jià)格的上漲趨勢(shì)看,煤炭的價(jià)格抗風(fēng)險(xiǎn)能力也要優(yōu)于天然氣。

在煤炭?jī)r(jià)格水平約600元/噸情形下,如果天然氣制氫要實(shí)現(xiàn)與煤制氫同樣的生產(chǎn)成本,天然氣價(jià)格必須維持在2.5元/立方米左右。

目前我國(guó)東部沿海地區(qū)工業(yè)天然氣價(jià)格在3-3.5元/立方米,華南地區(qū)價(jià)格最高約4元/立方米。

煤制氫相比天然氣制氫具有較好的成本競(jìng)爭(zhēng)力,在西北、西南等天然氣資源充足地區(qū)企業(yè)可考慮選擇以天然氣為原料制氫。

天然氣制氫的特點(diǎn)在于流程短,投資低,運(yùn)行穩(wěn)定。

煤制氫的特點(diǎn)在于流程長(zhǎng),投資高,運(yùn)行相對(duì)復(fù)雜,因煤炭?jī)r(jià)格相對(duì)較低,制氫成本低。

當(dāng)制氫規(guī)模低于5萬Nm3/h時(shí),煤制氫的氫氣成本中固定資產(chǎn)折舊成本高,與天然氣制氫相比沒有優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)制氫規(guī)模大于5萬Nm3/h,煤制氫成本中固定資產(chǎn)折舊成本較低,其氫氣成本具有競(jìng)爭(zhēng)能力。制氫規(guī)模越大,煤制氫路線的成本優(yōu)勢(shì)越明顯。

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