气化制氢工艺与甲烷蒸汽重整制氢的比较

徐 群 王凤荣 徐显明

( 中国石油大庆化工研究中心 )

气化制氢工艺与甲烷蒸汽重整制氢的比较

徐 群 王凤荣 徐显明

( 中国石油大庆化工研究中心 )

本文从原料成本及氢气成本、基建投资、运行费用等方面将GE公司的气化制氢工艺流程与传统的甲烷蒸汽重整过程进行了比较。结果表明，气化制氢不但可降低制氢成本，而且还可以解决炼油厂残渣的处置问题。

气化 制氢 甲烷 蒸汽重整 炼厂残渣

随着国内加工含硫原油的数量越来越多及环境保护法规的更加严格，炼油厂消耗氢气的数量也在不断增长。近年随着原油性质劣化、进口原油数量增多及对绿色环保产品的需求，新建、扩建了不少加氢装置，因此寻找新的生产氢气的原料并保持合理的经济性就成为现代化炼油厂所要考虑的问题之一。

制氢工艺有许多种，其中最常用的是轻烃水蒸汽转化法。它具有工艺流程短、操作简单、技术成熟和投资较低等特点。轻烃水蒸气转化法制氢适用的原料有天然气、液化气和石脑油等。天然气主要成分是甲烷，杂质含量少，是制氢的好原料，但受地域限制较多；液化气和石脑油的主要成分是C3～C12烃类，可用作民用燃料、化工原料等，做制氢原料受价格影响较大，制氢成本居高不下。

随着重质液体（固体）原料气化工艺技术的发展，GE公司提出炼厂干气（Off gas）、炼厂残渣——包括减压渣油（Vacuum Residue）、减黏裂化焦油（Visbreaker Tar）、沥青（Asphalt）和石油焦（Petroleum Coke）等都可以作为气化制氢原料[1]，从而为氢气来源提供新的思路，同时也解决了炼厂中各种残渣的处置问题。

1、甲烷蒸汽重整与炼厂残渣气化工艺比较

天然气是制氢的好原料，但受地域限制较多。天然气制氢采用蒸汽转化法，为避免蒸汽转化催化剂中毒，天然气转化制氢在流程上先进行脱硫，一段蒸汽转化后设置CO变换，变换工艺分高温变换、高温变换串低温变换和中温变换工艺，变换后变压吸附法可一步脱除CO2、CO、H2O、N2、CH4等气体，得到高纯的H2。

重质液体（固体）原料气化工艺技术的发展使得炼厂残渣——减压渣油（Vacuum Residue）、减黏裂化焦油（Visbreaker Tar）、沥青（Asphalt）和石油焦（Petroleum Coke）等都可以用作制氢原料，通过气化工艺来制取氢气。重质原料具有含碳多、氢少、灰分和重金属等杂质多、硫含量高等特性，再加上重质原料的非气态进料特性，决定了重质原料制氢只能采用气化工艺。其主要流程为：空分制氧+气化+耐硫变换+酸性气体脱除+变压吸附，此外还需设置硫回收等装置，以满足环保需要。图1是两种工艺的制氢流程简图。

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2.几种炼厂残渣原料比较

美国GE公司早已具有对炼厂残渣气化处理经验。该公司提出可将减压渣油（Vacuum Residue）、减黏裂化焦油（Visbreaker Tar）、沥青（Asphalt）和石油焦（Petroleum Coke）用作制氢原料。表1列出了几种原料的组成情况。

表2是GE公司以减压渣油、石油焦、减粘裂解焦油和沥青作气化制氢原料的商业运行情况。

3.气化制氢原料成本比较

下面用几个图列出了减压渣油、石油焦、减黏裂解炉焦油和沥青制氢与天然气制氢成本的比较。

从图2中可以看出：

减压渣油为20美元/吨时，氢气的成本为0.4003美分/标准立方英尺或0.971元/标准立方米。

基于中国的基建费用, 氢气的成本可下降至0.2319美分/标准立方英尺或0.562元/标准立方米。

2010年，卡塔尔LNG的价格为 6.20美元/MMBtu（百万英热单位）, 渣油价格在 99.98美元/吨时，较甲烷蒸汽重整制氢仍然具有成本优势。

从图3中可以看出：

石油焦成本为154.68美元/吨时，氢气的成本为0.7701美分/标准立方英尺或1.8584元/标准立方米。

基于中国的基建费用 , 氢气的成本可下降至0.5617美分/标准立方英尺或1.3556元/标准立方米。

2010年，卡塔尔LNG的价格为 6.20美元/MMBtu, 石油焦价格在 28.96美元/吨时，较甲烷蒸汽重整制氢仍然具有成本优势。

从图4可以看出：

减黏裂解焦油成本为20美元/吨时，氢气的成本为0.4002美分/标准立方英尺或0.971元/标准立方米。

基于中国的基建费用 , 氢气的成本可下降至0.2318美分/标准立方英尺或0.562元/标准立方米。

2010年，卡塔尔LNG的价格为 6.20美元/MMBtu, 裂解焦油价格在 100.31美元/吨时，较甲烷蒸汽重整制氢仍然具有成本优势。

图5是沥青气化制氢与天然气制氢成本比较。

从图5可以看出：

沥青成本为 20美元/吨时，氢气的成本为0.4016美分/标准立方英尺或0.974元/标准立方米。

基于中国的基建费用 , 氢气的成本可下降至0.2332美分/标准立方英尺或0.566元/标准立方米。

2010年，卡塔尔LNG的价格为 6.20美元/MMBtu, 沥青价格在 95美元/吨时，较甲烷蒸汽重整制氢仍然具有成本优势。

4.以石油焦为例，分析几种影响要素对氢气成本敏感度的影响

图6是以石油焦为例，分析了几种影响要素（在线率Availability、基建投资CapEx、原料价格Fuel Price、效率/转化率Efficiency以及运行费用OpEx）变化10%对氢气成本产生的影响。

从图6中可以看出：

在线率降低10%对于氢气成本增加的影响最大。

基建投资降低10%对于氢气成本降低的影响最大。

原料价格，效率/转化率以及运行费用对氢气成本的影响不明显。

因此应关注于降低基建投资和提高RAM（可靠性，在线性，可维护性）来提高项目的经济性。

5.甲烷蒸汽重整与气化制氢工艺对原料（Fuel）价格、运行费用（OpEx）和基建投资（CapEx）等影响因素的敏感度分析

从图7中可以看出，从氢气成本方面来看，甲烷蒸汽重整制氢对原料价格敏感，气化制氢对基建投资敏感。

6.结语

今天的市场中，能源价格波动巨大，对天然气价格的敏感度是甲烷蒸汽重整制氢的一个重大风险。LNG合同价与原油价格的联动使其价格的波动进一步加剧。 而气化制氢技术只对基建投资有较大的敏感度，这使其成为一个明智的选择。而且气化制氢还可以解决炼油厂残渣的处理问题。GE气化技术已被国内生产商和设计院反复应用证明了其生产成本是可控的，甚至可以降低。

[1]GE ENERGY (USA) LLC AND/OR ITS AFFILIATES. H2 Manufacturing Processes//中石油技术交流会资料.北京：[出版者不详]2011.

Comparison between the hydrogen production technology through gasifi cation and mathane steam reforming process

Xu qun Wang fengrong Xu xianming
( CNPC Daqing Chemical Research Center )

The article compared the hydrogen production technology through gasification from GE company with traditional mathane steam reforming process from fuel price、hydrogen cost、capital investment and operating expense and so on. It shows that hydrogen production through gasification can not only result in cost reduction，but also resolve refinery residue disposal problem。

gasification、hydrogen production、mathane、steam reforming、refinery residue

TQ116.2

A

T1672-8114(2013)03-031-04

徐群（1973.5），女，天津市，大学本科，工程师