一吨绿色甲醇需要补充多少绿氢

杨小山 2024-05-07

到底补绿氢合适还是通过水煤气变换反应合适，究其根本在于成本对比。按照现阶段绿氢成本偏高的现状，仅从成本角度考虑，不补绿氢时的价格一般更具有优势。但为了同时考虑生物质消耗量的影响，可考虑合成气部分水煤气变换+部分补绿氢的方案。

“1Nm³绿氢，可以产多少绿色甲醇？”这是典型的一个“隔行如隔山”的问题。

今天这篇文章我就来回答下这个问题：一吨绿甲醇到底需要补充多少绿氢？

1.绿甲醇生产为什么要补绿氢？

首先还是说到甲醇合成反应式：2H₂+CO=CH₃OH，即H₂和CO的体积比为2:1（实际工程中（H2-CO₂）/(CO+CO₂)~2.03）。而生物质气化过程产生的合成气中H₂/CO一般小于1，即气化过程产生的合成气中氢气量相对于一氧化碳量不足，因此需要调整合成气中氢碳比到2左右。

2.调整氢碳比的方式

调整合成气中氢碳比的方式有两种：

第一种，气化后段设置水煤气变换反应，通过CO+H2O=H₂+CO₂，即消耗自身一部分CO而多产生H₂，从而使合成气中氢碳比满足合成要求，但带来的代价是消耗了部分CO，多产生CO₂，多消耗了生物质原料。

第二种，在合成气中补充绿氢，调整氢碳比到2左右。

3.一吨绿甲醇需要补充多少绿氢？

通过反应方程式，合成一吨绿甲醇理论需要1400Nm³氢气，700Nm³ CO。讨论一吨绿甲醇需要补充多少绿氢时，首先需要明确气化合成气后段设不设置水煤气变换反应。若不设置水煤气变换反应，即补氢量由合成气中H₂/CO决定（调整至H₂/CO=2时的供氢量）；若设置水煤气变换反应，补氢量由变换后的合成气H₂/CO决定。

简单举例：

假设气化炉合成气净化后H₂/CO=1:1，H₂+CO合计600Nm³/h（对应前篇文章中的单吨干燥无灰基生物质有效气产量）。

（1）不设置水煤气变换反应，需补充氢气300Nm³/h，折算下来单吨绿甲醇需要消耗生物质4.53吨（收到基）。

（2）不补绿氢时，需要100Nm³/h的CO去参加水煤气变换反应，折算下来单吨绿甲醇需要消耗生物质6.8吨（收到基）。

（3）部分合成气去变换反应+部分补充绿氢。补氢量就介于（1）和（2）之间，单吨绿甲醇需要消耗的生物质量在4.53~6.8吨之间。

4.到底补绿氢合适还是水煤气变换反应合适？

补绿氢时，可以降低生物质原料消耗量，但会增加新能源制氢部分投资；

不补绿氢设置水煤气变换反应时，项目前期投资规模降低，但会增加单位绿甲醇生物质原料消耗量；

5.结论

（1）单吨绿甲醇需要补充多少绿氢，主要取决于A.设不设置水煤气变换反应，B.合成气中H₂/CO和绝对产率。

（2）长远来看，生物质资源愈发紧张是一个必然的事实，当生物质秸秆收集半径过大的，成本会急剧上升，部分补氢从技术经济性来说，是可以考虑的。

（3）生物质碳源为珍贵的绿色碳源，现阶段建议同时考虑富CO ₂的合成气甲醇生产工艺，此种工艺可最大化的利用生物质碳源，从源头降低生物质消耗量，但会大幅度提升补绿氢量，经济性需充分论证，其适合于生物质资源紧张、大规模绿色甲醇合成的工程场景。