煤制氢与天然气制氢技术的经济指标对比

1.煤制氢技术
　　我国煤炭资源相对其他资源而言十分丰富，所以煤制氢技术的发展非常迅速，在我国的全面应用和发展已有十几年的历史。煤制氢技术中最核心的部分是对固体煤进行处理使其变成气态物质之后再进行制取氢气的过程。煤气化的实质是指在高温的条件下，煤和空气或者氧气发生的不完全反应，在反应之后煤粉、蒸气和氧气等被均匀混合达到雾化状态，再进行高温等处理雾化状态的煤等物质，使其反应生成一氧化碳和氢气等，最后再进行净化处理得到纯净的氢气。虽然煤炭制氢技术中使用的煤炭原料丰富、价格低廉，但是煤炭制氢有投资成本偏高、污染处理困难的缺点。在使用煤制氢技术时，要尽量完善环保设施，保证污染物质进过处理后再进行排放[1]。所以，以煤炭为原料进行制氢时，要集中处理产后的有害废物，保证做到把污染降到最低水平，实现可持续发展的战略。煤制氢技术生产的氢主要化工物质甲醇等气体合成的原料气体，很少直接作为燃料进行使用。
　　2.天然气制氢技术
　　天然气制氢至上世纪六十年代以来的到较为快速的发展，目前我国天然气制氢技术较为成熟，并且天然气制氢的工艺流程简单可靠、投资较低，是各个企业中应用最为普遍的制氢方法，水蒸气转化法是天然气制氢的主要方法。其主要步骤是原料气处理、蒸气转化、一氧化碳变换、氢气提纯等。目前主要采用加氢催化剂的方法脱除原料气中的硫。蒸气转化是指甲烷和水蒸气在高温及催化剂的条件下发生反应，生成氢气和一氧化碳等混合气的过程，由于这个反应是吸热反应，所以需要外界提供大量的热量，需要生产装置中设有冷凝过程的换热装置，这个过程要求气体和水蒸气按照一定的比例在转化炉中进行辐射促使反应。一氧化碳变换是指一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程，变换后的气体经过冷却后进行氢气的提纯。氢气提纯主要采用变压吸附的方式，吸附塔内的吸附剂可以吸附除了氢气之外的其他杂质和气体等等，从而达到氢气提纯的目的，获得满足工业要求的氢气。
　　3.两种技术的经济指标对比
　　3.1制氢原料对比
　　氢气的构成成本中原料的构成成本通常占比较大，所以从经济角度来看，制氢企业在选择制氢技术的时候主要考虑制氢原料的成本问题。例如，若某项目要求每小时制氢二十万立方米，如果采用煤制氢技术的话原料煤的成本约占百分之六十，而如果采用天然气制氢技术的话原料成本所占比例会更加高[2]。此外，我国的煤炭资源存储量大于天然气资源的存储量，煤炭资源基本可以满足国家的长期需要。但是煤炭作为制氢原料也有的弊端，就是在生产过程中需要保证工业三废的合理利用，这就要求在生产装置中设置相应的三废处理装置。
　　随着能源的日益紧缺，我国在全面实施基础建设，西气东输工程的落实为天然气的全面推广和应用提提供了良好的条件，但天然气资源不但存储量低，而且分布不均，造成勘探开发难度较大和生产成本较高仍是不容忽视的问题。所以，就我国的实际情况来看，制氢企业无法得到价格合理的、可靠的天然气来进行制氢。
　　3.2制氢工艺对比
　　煤制氢技术中最核心的部分是对固体煤进行处理使其变成气态物质之后再进行制取氢气的过程。煤气化的实质是指在高温的条件下，煤和空气或者氧气发生的不完全反应，在反应之后煤粉、蒸气和氧气等被均匀混合达到雾化状态，再进行高温等处理反应生成一氧化碳和氢气等，最后再进行净化处理得到纯净的氢气。在煤制氢的过程中，要建立健全的环保措施，要实现富氧空气连续化的技术，以减少污染物的排放量和提高煤气化制氢的生产效率。还要不断引进新型的技术，争取最大程度的发展我国的煤制氢技术产业。
　　天然气制氢的工艺和方法有很多种，主要步骤包括天然气制氢技术主要步骤是原料气处理、蒸气转化、一氧化碳变换、氢气提纯等。目前主要采用加氢催化剂的方法脱除原料气中的硫。蒸气转化是指甲烷和水蒸气在高温及催化剂的条件下发生反应，生成氢气和一氧化碳等混合气的过程，由于这个反应是吸热反应，所以需要外界提供大量的热量。一氧化碳变换是指一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程，变换后的气体经过冷却后进行氢气的提纯。氢气提纯主要采用变压吸附的方式，吸附塔内的吸附剂可以吸附除了氢气之外的其他杂质和气体等，从而达到氢气提纯的目的[3]。考虑到全球气候变暖以及环境污染的问题，一般企业会采用水蒸气催化的工艺法进行天然气制氢，在制氢的过程中要保证天然气催化和氧化的彻底，做到使经济效益达到最大。
　　3.3制氢规模对比
　　研究资料表明，当制氢规模比较大的时候，虽然煤制氢的一次性投资高，但因原料价格相对便宜，所以制氢成本的竞争力还是很强的，所以对于产氢规模大于每小时十万立方米的制氢项目来说，宜采用煤制氢技术。煤气化制氢技术的生产流程长、投资大适用于大规模的制氢项目。由于煤制氢的原料价格相对便宜，所以虽然煤制氢的固定资产投资较大，但也不会导致成本提高，所以还是有很强的价格优势的。
　　对于中等规模的制氢项目，如产氢规模低于每小时八万立方米的项目，宜采用天然气制氢技术，中等规模制氢利用天然气作为制氢原料具有投资少、氢气价格低等优点。
　　4.总结
　　随着科学技术的的不断发展和进步，煤制氢技术可广泛应用到炼油等其他企业，而天然气制氢技术相比煤制氢技术而言则更加环保。从我国的总能源矿产资源来看，煤炭资源较为丰富，天然气和石油资源相对较少，所以，煤炭将作为长期存在的能源结构。对于大规模制氢来说，一般选择煤制氢技术，因为大规模制氢不但要考虑装置的投资还要考虑原料的价格，而煤制氢技术比天然气制氢技术具有更强的抗原料价格风险能力，所以大规模制氢选择煤制氢技术有较强的经济性和竞争力[4]。氢能将成为二十一世纪最主要的环保、清洁能源，我国要大力发展制氢技术，现有的制氢技术还需要进行升级和改造。