提高藍(lán)氫經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)

藍(lán)氫和灰氫競(jìng)爭(zhēng)（在考慮二氧化碳成本時(shí)）基于蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化（SMR）技術(shù)。

SMR技術(shù) SMR是一種成熟的催化技術(shù)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)灰氫，SMR技術(shù)在多管式反應(yīng)器中使用蒸汽，外部燃燒進(jìn)行間接加熱。燃燒后碳捕集可將灰氫轉(zhuǎn)化為藍(lán)氫，可從低壓后燃燒煙氣中捕獲99%二氧化碳。對(duì)于藍(lán)氫，基于氧氣的工藝，例如自熱轉(zhuǎn)化（ATR）和天然氣部分氧化（POX）技術(shù)，比SMR更具成本效益。二氧化碳成本使得SMR生產(chǎn)的灰氫比殼牌天然氣部分氧化（SGP）技術(shù)生產(chǎn)的藍(lán)氫更貴。與SMR相比，由于空氣分離裝置相對(duì)成本隨著容量增加而降低，基于氧氣工藝成本優(yōu)勢(shì)隨著規(guī)模增加而增加，另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是使用成本較低的預(yù)燃燒溶劑技術(shù)可以捕集99.9%以上的二氧化碳。

ATR技術(shù)ATR技術(shù)使用氧氣和蒸汽，在帶有催化劑床的耐火材料襯里反應(yīng)器中直接燃燒。ATR技術(shù)比SMR技術(shù)更具成本效益，但ATR技術(shù)需要大量原料氣預(yù)處理投資，而且火焰加熱器會(huì)產(chǎn)生二氧化碳排放。ATR技術(shù)可以與燃燒前碳捕集技術(shù)結(jié)合，將灰氫轉(zhuǎn)化為藍(lán)氫。

天然氣POX技術(shù)天然氣POX技術(shù)也是基于氧氣在耐火材料襯里反應(yīng)器中直接燃燒，但其是非催化過(guò)程，不消耗蒸汽，也沒(méi)有直接二氧化碳排放。天然氣POX技術(shù)也可與燃燒前碳捕集技術(shù)相結(jié)合，用于生產(chǎn)藍(lán)氫。與SMR相比，天然氣POX技術(shù)通過(guò)最大限度提高碳捕集效率和簡(jiǎn)化工藝流程節(jié)省 成本。

POX技術(shù)與ATR技術(shù)比較基于氧氣的工藝比SMR技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)殼牌POX技術(shù)比ATR技術(shù)也具有優(yōu)勢(shì)。首先，POX技術(shù)不需要蒸汽作為反應(yīng)物。同時(shí)，利用反應(yīng)余熱產(chǎn)生高壓蒸汽，可滿(mǎn)足藍(lán)氫生產(chǎn)過(guò)程中蒸汽消耗以及一些內(nèi)部電力消耗。其次，由于不需要進(jìn)料氣預(yù)處理，殼牌POX技術(shù)工藝流程比ATR技術(shù)簡(jiǎn)單。此外，作為一種非催化直接燃燒的系統(tǒng)，殼牌POX技術(shù)對(duì)硫等進(jìn)料污染物具有很強(qiáng)抵抗力，并且可以適應(yīng)不同天然氣品質(zhì)，為煉廠提供更大進(jìn)料靈活性，使煉廠燃料氣脫碳。

與ATR相比，殼牌POX技術(shù)可顯著節(jié)省成本，其氫氣平準(zhǔn)化成本降低了22%。由于可能使用更小氫氣壓縮機(jī)（單級(jí)壓縮）、二氧化碳捕集和二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組，因此可以降成本17%。由于壓縮負(fù)荷減少，內(nèi)部發(fā)電產(chǎn)生了更多蒸汽，降低了34%的運(yùn)營(yíng)成本（不包括天然氣原料價(jià)格）。殼牌POX技術(shù)比ATR技術(shù)多消耗6%的天然氣，但也被多余蒸汽產(chǎn)生的發(fā)電所抵消。

殼牌藍(lán)氫工藝最大限度集成了天然氣POX技術(shù)和溶劑技術(shù)。與ATR裝置相比，生產(chǎn)500噸/日純氫氣產(chǎn)品將減少3 000萬(wàn)美元/年的運(yùn)營(yíng)成本、減少35%的電力輸入、捕集99%二氧化碳以及氫氣成本降低10%~25%。由于殼牌POX溶劑技術(shù)具有原料靈活性、更高操作壓力、降低甲烷殘留濃度和提高能效的優(yōu)勢(shì)，因此其是大型藍(lán)氫項(xiàng)目的最佳選擇。

天然氣POX技術(shù)成熟且低碳，開(kāi)發(fā)和使用歷史悠久。目前殼牌POX技術(shù)擁有30多個(gè)活性殘?jiān)蜌怏w氣化許可證持有者，并且在全球建造了100多座使用該技術(shù)的氣化爐。例如，卡塔爾Pearl天然氣液化（GTL）工廠有18條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線可生產(chǎn)500噸/日的純氫氣。Pearl GTL自2011年開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，生產(chǎn)純氫氣，不包括任何惰性氣體、甲烷、二氧化碳或一氧化碳。自1997年以來(lái)，荷蘭Pernis煉廠一直在使用該技術(shù)進(jìn)行100萬(wàn)噸/年的碳捕集項(xiàng)目。

無(wú)論氫氣生產(chǎn)和碳捕集技術(shù)多么具有成本效益，如果不直接或通過(guò)提高石油采收率封存二氧化碳，生產(chǎn)的氫氣仍然是灰氫。許多碳捕集、利用和存儲(chǔ)項(xiàng)目在全球各地處于不同階段。例如，自2015年以來(lái)，殼牌在加拿大Quest工廠已經(jīng)捕集并儲(chǔ)存了超過(guò)500萬(wàn)噸的二氧化碳。

氫氣將成為未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的一部分，并且有幾種成熟技術(shù)可用于生產(chǎn)具有成本效益的低碳藍(lán)氫。由于二氧化碳回收率和可擴(kuò)展性差，SMR是一種低效藍(lán)氫生產(chǎn)方法，基于氧氣的工藝提供更高價(jià)值。殼牌藍(lán)氫工藝集成了天然氣POX技術(shù)和溶劑技術(shù)，與ATR技術(shù)相比，具有將氫氣平準(zhǔn)化成本降低10%~25%、成本支出降低20%、運(yùn)營(yíng)支出降低35%（不包括天然氣原料價(jià)格）、捕集99%的二氧化碳和整體過(guò)程簡(jiǎn)單性的優(yōu)勢(shì)。