在江門地區(qū),氫能源產業(yè)正蓬勃發(fā)展,其中甲醇制氫設備廠家以及天然氣摻氫設備技術備受關注。四川博辰氫能科技有限公司在該領域積極布局,為當地企業(yè)提供的能源解決方案。
甲醇制氫是以甲醇為原料制取氫氣的方式。由于甲醇來源廣泛,既可從化石資源中制得,又能從生物質中獲取,且其分子式中氫元素含量高,因而在制氫領域前景良好。甲醇制氫主要存在 3 種途徑,分別是甲醇水蒸氣重整制氫、甲醇部分氧化制氫、甲醇裂解制氫,其中甲醇蒸汽重整制氫應用較為廣泛。
甲醇蒸汽重整制氫可看作是甲醇分解和一氧化碳變換反應的綜合結果。在一定的溫度(通常為 250 - 300℃)、壓力(1 - 5MPa)條件下,甲醇(CH?OH)與水蒸氣(H?O)在催化劑作用下,會發(fā)生如下反應:
CH?OH → CO + 2H? (甲醇裂解反應)
H?O + CO → CO? + H? (一氧化碳變換反應)
總反應式為:CH?OH + H?O → CO? + 3H?
重整反應生成的 H?和 CO?,再經過變壓吸附法(PSA)將 H?和 CO?分離,終得到高純氫氣。該方法氫收率高,由反應式可知其產物的氫氣組成可接近 75%,且能量利用合理,過程控制簡單,便于工業(yè)操作。
例如四川蜀泰化工科技有限公司生產研發(fā)的 F104 重整制氫催化劑,就主要用于甲醇和水的重整變換反應,以制取所需的產品 H?。該催化劑采用新的共沉淀生產工藝,添加特殊助劑,具有活性穩(wěn)定、孔結構合理等優(yōu)點,綜合性能處于國際水平。其銅含量高,比表面積大,低溫活性高;添加新型助劑后,抗毒性能更好,屬于裂解和變換雙功能催化劑,單程轉化率高,副反應少,不易結蠟,強度高,不易粉化,阻力低 。
天然氣 - 氫氣混合燃料(HCNG)是將天然氣與氫氣按一定比例混合得到的代用氣體燃料,它綜合了氫氣燃燒速度快、著火界限寬以及天然氣體積熱值高等優(yōu)點。
以往天然氣由于燃燒速率較低,導致天然氣發(fā)動機燃燒持續(xù)期長,燃燒等容度低,熱效率低。在稀燃條件下,天然氣火焰?zhèn)鞑ニ俾实?,燃燒不穩(wěn)定,循環(huán)變動大,這限制了天然氣發(fā)動機應用稀燃技術進一步提高熱效率的潛力。而氫氣燃燒速率快,稀燃極限寬,往天然氣里摻混少量氫氣可以有效提高天然氣燃燒速率,擴展天然氣的穩(wěn)定稀燃極限。
目前,國家研發(fā)計劃項目《純氫與天然氣摻氫長輸管道輸送及應用關鍵技術》取得重要進展。其中由國家電投集團科學技術研究院有限公司承擔的 “大流量高壓力天然氣隨動摻氫技術” 研究任務順利完成性能指標測試。針對傳統(tǒng)天然氣摻氫設備存在的流量控制范圍窄、混合均勻性差、耐壓能力不足等問題,項目團隊了多項技術難關:
混合技術:將噴嘴與環(huán)形多通道摻混結構應用于摻氫設備,開發(fā)同軸剪切摻混器,通過多通道環(huán)形結構強化氫氣與天然氣的剪切混合,混合均勻度提升 5%,顯著降低局部濃度波動。
寬域控制:采用大小兩級閥協(xié)同控制策略,實現 10% - 寬量程流量調節(jié),在 5% - 20% 摻氫比例范圍內將控制精度提升至 ±0.7% 以內,以滿足在役管道對摻氫比例動態(tài)穩(wěn)定性控制的嚴苛要求。
高壓耐受設計:設備主體承壓能力達 7.25MPa(1.15 倍設計壓力),通過氣密性測試(保壓 24 小時零泄漏)與極端工況驗證,保障了 6.3MPa 工況下的長期穩(wěn)定運行 。
研究表明,含 20% 體積比氫氣的天然氣 - 氫氣混合燃料可以直接使用目前的天然氣輸運管道,無需任何改造。在當前氫氣分配基礎設施還不完善的條件下,天然氣 - 氫氣混合燃料可作為向氫能源過渡的可行性方式,同時也為氫氣燃料的推廣使用積累經驗 。
江門地區(qū)的企業(yè)若希望引入的甲醇制氫設備與天然氣摻氫設備,提升能源利用效率、降低成本,可考慮與博辰氫能這類企業(yè)合作,借助其技術與設備推動自身發(fā)展,為地區(qū)能源結構優(yōu)化貢獻力量。