甲醇作為一種低碳清潔的替代能源，一直不減。吉利汽車就先后開發(fā)了多款甲醇動(dòng)力、14款甲醇乘用車和2款商用車，擁有核心專利近百項(xiàng)。此外，燃料電池也存在直接將甲醇作為燃料的技術(shù)路線，無(wú)需重整，即DMFC（采用固體電解質(zhì)膜的直接甲醇燃料電池）。

近年來，甲醇更是和可再生能源制氫聯(lián)系起來，成為一種儲(chǔ)氫媒介，即“液態(tài)陽(yáng)光”。相較于氫氣，甲醇常溫常壓下即為液態(tài)，更便于儲(chǔ)運(yùn)，所以也可以作為一種理想的儲(chǔ)氫載體。利用甲醇制氫的技術(shù)特點(diǎn)，可在站內(nèi)制氫，現(xiàn)制現(xiàn)用，跳過H2的大量運(yùn)輸和存貯；也可在化工園區(qū)集中制氫，最終運(yùn)輸至加氫站，兩種應(yīng)用方式都具有切實(shí)的可行性。

隨著甲醇制氫工藝和催化劑的不斷改進(jìn)，甲醇制氫的規(guī)模不斷擴(kuò)大，制氫成本也在不斷降低，成為中小規(guī)模制氫的首選方案。

那么，甲醇這套技術(shù)路線能否走通呢？我們來簡(jiǎn)要分析甲醇技術(shù)路線。

1

甲醇生產(chǎn)及甲醇水蒸氣重整制氫工藝

1、甲醇生產(chǎn)方式

甲醇生產(chǎn)可采用多種原料，如天然氣、煤炭、油、焦?fàn)t氣、乙炔尾氣等，國(guó)外生產(chǎn)甲醇以天然氣為主要原料，而中國(guó)則以煤炭為主。

利用煤和焦炭生產(chǎn)甲醇的工藝路線主要內(nèi)容為：首先對(duì)煤和焦炭進(jìn)行氣化處理，再進(jìn)行脫硫、變換和脫碳處理，最后是合成甲醇產(chǎn)品并提純。

煤制甲醇的原理如下：煤炭所提供的碳元素和水蒸氣提供的化合物水在催化劑Fe3O4和高溫高壓的反應(yīng)條件下發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物主要是一氧化碳和氫氣，通過對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行進(jìn)一步的提純。提純后的氫氣和一氧化碳在350℃、20MPa的溫度和壓力下合成甲醇，其中氫氣和一氧化碳的比例控制在2：1左右，最后對(duì)產(chǎn)物甲醇進(jìn)行精餾提純。反應(yīng)方程式如下：

煤制甲醇的工藝過程主要包括煤炭的氣化工藝、對(duì)初級(jí)產(chǎn)物一氧化碳和氫氣的提純、甲醇的合成及提純。

2、甲醇水蒸氣重整制氫工藝

甲醇水蒸氣重整制氫是甲醇與脫鹽水的蒸汽混合物在轉(zhuǎn)化器中加壓加熱催化裂解和轉(zhuǎn)化一步完成，生成氫氣和二氧化碳，反應(yīng)溫度為180～280℃，壓力為0．3～4MPa。隨后用變壓吸附（簡(jiǎn)稱PSA）法提純氫氣，改變操作條件可以生產(chǎn)不同純度的氫氣，純度最高可達(dá)99．9％以上。

圖1 甲醇水蒸氣重整制氫工藝流程圖

甲醇水蒸氣重整制氫的催化劑主要有銅系催化劑，鎳系催化劑和貴金屬催化，銅系催化劑具有很好的低溫活性，且選擇性高，廉價(jià)易得，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。

甲醇水蒸氣重整制氫使用條件溫和，產(chǎn)物成分少，易分離，制氫規(guī)模在10～10000Nm3／h內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)，且產(chǎn)能可以靈活調(diào)整，已在工業(yè)上應(yīng)用廣泛。尤其在中小型用氫氣領(lǐng)域，現(xiàn)場(chǎng)制氫，現(xiàn)制現(xiàn)用，更經(jīng)濟(jì)更合理。

3、甲醇重整制氫燃料電池系統(tǒng)

甲醇重整制氫燃料電池系統(tǒng)分為制氫單元和氫發(fā)電單元。

圖2 甲醇重整制氫系統(tǒng)原理圖

制氫單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)整車而言，它必須是總成系統(tǒng)，氫發(fā)電單元原理比較簡(jiǎn)單，實(shí)際產(chǎn)品也比較復(fù)雜，主要是配套件較多，所以要合理匹配制氫單元與氫發(fā)電單元。

圖3 上海博氫的甲醇重整制氫燃料電池系統(tǒng)實(shí)圖

甲醇重整制氫系統(tǒng)可分別應(yīng)用于動(dòng)力電源、分布電站、備用電源、移動(dòng)電源領(lǐng)域。

其具體的應(yīng)用場(chǎng)景為：作為電動(dòng)機(jī)車的動(dòng)力電源或者增程電源，應(yīng)用領(lǐng)域包括電動(dòng)物流車、電動(dòng)商用車和電動(dòng)專用車等，以及無(wú)人機(jī)、游艇、農(nóng)機(jī)等其他的領(lǐng)域；作為封閉／半封閉環(huán)境下的主力電源，應(yīng)用領(lǐng)域包括孤島環(huán)境下發(fā)電站、市政用電、充電站等；作為重要電力設(shè)備／建筑的備用電源，應(yīng)用領(lǐng)域包括各種通訊基站、政府重要部門、金融機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)中心、重要生產(chǎn)線等；作為移動(dòng)充電的重要設(shè)施補(bǔ)充，應(yīng)用領(lǐng)域包括救急救災(zāi)、消防調(diào)度、移動(dòng)充電站等等。

2

甲醇生產(chǎn)及甲醇制氫成本分析

1、甲醇生產(chǎn)成本分析

計(jì)算甲醇成本的公式普遍使用的是：原料煤＊1．5＋燃料煤＊0．5＋其他費(fèi)用，煤制甲醇成本中煤炭成本占比較高，其他費(fèi)用相對(duì)固定，因此成本主要波動(dòng)在于煤炭?jī)r(jià)格。原料煤需要的品質(zhì)比燃料煤更高，一般原料煤發(fā)熱量要求在5500K以上，硫含量0．8％以下，因此價(jià)格也要高于燃料煤。

行業(yè)平均煤制甲醇的生產(chǎn)成本如下表所示：

2、甲醇制氫成本分析

甲醇制氫技術(shù)已在工業(yè)中應(yīng)用多年，技術(shù)上不存在問題且具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。近期煤價(jià)高升，煤基甲醇的生產(chǎn)成本為1500元／噸～2000元／噸，生產(chǎn)1 kg H2消耗6 kg CH3OH，加上其他生產(chǎn)成本（包括設(shè)備投資與折舊、人員費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)等），合計(jì)的甲醇制氫成本約15元／kg。

據(jù)香橙會(huì)研究院調(diào)研獲悉，傳統(tǒng)氨分解制氫成本超17元／kg（合成氨原料成本取均值2500元／噸）比甲醇制氫要高。因此，當(dāng)前甲醇制氫比氨制氫更具有經(jīng)濟(jì)性。

另外，氨在溫度為20℃、8．58個(gè)大氣壓（或常壓、溫度為－33℃）的條件下以液態(tài)的形式存在；氫如果需要在常壓下保持液態(tài)形式，則需要將溫度降至零下253℃，制冷將損失大量的有用能，并且低溫環(huán)境和現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的溫差將不可避免地導(dǎo)致氫氣的蒸發(fā)耗散；甲醇在常溫常壓下即以液態(tài)形式存在。基于以上數(shù)據(jù)，從保存需要消耗的代價(jià)分析，甲醇的儲(chǔ)運(yùn)成本是低于液氫和液氨的。

現(xiàn)在氨能大火，但相比于甲醇來說技術(shù)仍不成熟、成本偏高，所以“氨－氫”儲(chǔ)能目前在“甲醇－氫”面前還不具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。不過在節(jié)能減排的政策趨勢(shì)下，隨著碳價(jià)的逐步上升，這種傳統(tǒng)的煤制甲醇技術(shù)將逐漸被淘汰。綠色甲醇會(huì)逐漸亮相市場(chǎng)，未來能源將呈現(xiàn)多樣化格局。

       原文標(biāo)題 : 氨能帶火了甲醇？氫能存儲(chǔ)出現(xiàn)多條技術(shù)路線競(jìng)爭(zhēng)