天然气制氢简易原理以及成本分析

 

一、天然气制氢原理以及主要工艺流程

1.其主要反应式如下 :

天然气和水在 800~900℃高温和氧化镍催化剂的条件下反应生成一氧化碳和氢气。反应式为 :

  CH4+H2O → CO+H2-Q(吸热)

一氧化碳和水在 300-400℃条件下和三氧化二铁催化剂的条件下反应生成二氧化碳和氢气。反应式为 :

 CO+H2O → CO2+H2+Q(放热)
天然气制氢补充说明:
在制取过程相关的技术指标要求如下:
压力:一般在 1.5~2.5 MPa
生产1立方氢气消耗0.4~0.5 m3天然气 
工业规模 :1000 m3/h~100000 m3/h
2.主要工艺流程(分四大过程)
天然气的制取氢流程主要包括四个 :
a.原料气预处理(脱硫:采用天然气钴钼加氢串联氧化锌作为脱硫剂将天然气中的有机硫转化为无机硫再进行去除
b.天然气蒸汽转化(转化炉内采用镍系催化剂转换成烷烃和一氧化碳、氢气)
c.一氧化碳变换(有多种方式可选,最终得到二氧化碳和氢气)
d.氢气提纯(PSA变压吸附最高可到99.99%纯度)
 
二、单位体积成本分析(变动成本+固定成本)
1.单位体积变动成本(天然气单价、电费、去离子水费、冷却水费)
基础数据:
天然气单价:用P表示,P元/立方。以某工厂实际的运行情况为例,此工厂每产生 1立方米氢气就会消耗 0.45 立方米的天然气,该工厂生产 1立方米氢气要耗的天然气的费用的计算公式如下 :C1=0.45*P
电费:以某工厂实际的运行情况为例,此工厂每产生 1立方米氢气就会消耗 0.34kW·h 的电,电价按照0.6 元/kW·h 取,那么该工厂每生产 1 立方米氢气就要耗电的费用为 0.204
去离子水:某工厂实际运营为例,此工厂每产生 1立方米氢气就会消耗 1.4 Kg 去离子水,然后根据当前的市场价知道每千克去离子水为 0.07 元,那么该工厂每生产1立方米的氢气就要耗去离子水的费用为0.1 元
冷却水:以某工厂为实际运营例,此工厂每产生 1 立方米氢气就会消耗5Kg 冷却水,然后根据当前的市场价知道每千克冷却水的价格为0.004 元,那么该工厂每生产 1立方米氢气就要耗冷却水的费用为0.02 元

C变=0.1+0.02+0.204+0.45P=0.324+0.45P

2.年固定成本(固定折旧费、维护费、人工成本、销管费)
a.每年折旧费C3:
假设此工厂的总投资 I 为***元,运行时间为 t 年,折现率 i 取5%,每年总的折旧费可以根据下述公式进行计算 :
C3= I*(1+i)/t     万元
b.每年维修费(C4):
每生产单位量的氢气所需的维护费是 0.005 元,根据下述公式对每年的维护费进行计算:
 C4=0.005V       (经验值公式)
其中V 是每年工厂所产的氢气量(立方米/年)
c.每年人工成本C5:
假设该项目需要A人,每个人每年的总工资包括奖金大约为 B 元,那么这一年的员工工资为:
C5=A*B元
d.每年销管费C6:
营销费为可变成本的 0.025,管理费为 0.035。所以,每年的管理费和营销费的计算公式如下 :
 C6=0.06(0.324+0.49P)V   (经验值公司)
 
所以,年固定成本就为:
C固=C3+C5+0.005V+0.06(0.324+0.45P)V
说明:其中C3和C5需要根据实际情况带入计算,其中C4和C6根据经验值公式已经带入。
3.总成本:
C总=C变+C固/V=0.324+0.45P+C固/V
说明:
1)公式中C变为每立方气体成本
2)公式中C固为年固定成本
3)公式中V为每年工厂产气量。
4)年固定成本除以年产气量即为单位体积摊提的固定成本。
 

原文始发于微信公众号(氢眼所见):天然气制氢简易原理以及成本分析

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