天然气掺氢的十问十答

由于天然气掺氢是近年来的新兴行业，很多用户对于其真实性表示怀疑。在我们业务开展过程中，通常会遇到客户提出的一些关注度很高的问题，我司针对这些问题进行整理并经专业人士进行答复。

第一问：甲醇本就是由氢气合成，贵司却又将甲醇裂解为氢气？这是否是一种“脱裤子放屁”的行为呢？

答：甲醇制氢绝对不是“脱裤子放屁”，而是有以下几个方面的重要原因：

一、解决氢能储运问题。甲醇本身就属于氢能载体，因为氢气不便储运，成本高，风险极大，所以化工厂把氢气和一氧化碳或二氧化碳合成为甲醇，以液体形态进行储能。不仅便于运输，也方便长时效存储，危险系数极低。用户在哪里，就可以把甲醇运到哪里，再通过我们的设备进行分离，以满足广大用户制氢用氢的需求。彻底解决氢能储、运环节所带来的高成本和高风险。

二、制氢条件及成本优于传统方式。传统制氢以煤、天然气、电解水等方式制取氢气，需要投入相应的设备及庞大的基础建设，后期维护及人工费用较高。而甲醇制氢工艺流程简单，设备也不复杂，不需要大量的占地面积及基础设施建设，后期维护费用更是微乎其微。特别是用于工业燃烧领域的制氢，具有设备投入低，能耗低，产出量稳定，设备使用寿命长等特点。最主要的是，无分地域时间，任何场景都可使用。

综上所述，甲醇制氢是一种低成本却又极其方便且优于传统的制氢模式，所以绝不是脱裤子放屁，而是多种制氢方式对比后更能被广大用户接受的一种新型制氢方式。

第二问：甲醇本身就是燃料，为什么不直接烧甲醇而要制成氢气再燃烧呢？

答：甲醇制氢后可利用的能量得以提升。众所周知，1KG甲醇的热值约为4600大卡，而1KG甲醇加水在充分裂解的情况下可产生2.1立方氢气，而氢气每立方热值为3040大卡，2.1立方氢气的热值总和为6384大卡。那么从数据上来看，这似乎不符合根据能量守恒定律。其实，这是因为甲醇为氢气和二氧化碳的液态化合物，甲醇的OH键（羟基）制约了能量的释放。而经低温裂解以后，甲醇吸收能量转化为气态二氧化碳和氢气，氢是以单质形态存在，能量释放更充分，此过程并不违背能量守恒。且气体燃料的利用率高于液体燃料，所以，无论从能量及利用率来说，制氢燃烧比甲醇直接燃烧均具有明显优势。

第三问：天然气和氢气的热值不一样，掺氢后热值会降低，并不符合能量守恒定律。

答：天然气每立方的热值约8500大卡，氢气每立方热值为3040大卡，掺氢肯定会降低混合气体的热值，且掺得越多，热值差越大，但这并不意味着掺氢就不会节能。因为天然气掺氢不能仅仅只计算热值，这是一个需结合多方面因素的综合性方案。根据各方及部分终端用户提供的数据，天然气的热值利用率约为80-90%，其热能根本不能完全利用。而结合氢气密度低、点火温度低、燃烧速度快等特性，可有效改变天然气的燃烧效率及热传递效率，优化天然气的燃烧。而掺氢就是利用优化燃烧所提升的效率来弥补掺氢所带来的热量损失。根据不同的工况和用火场景，天然气最佳掺氢比例在10-24之间。掺氢的原则是建立在不改变终端设备运行参数及热效率的基础上稳步实施，从10%逐步提升至最大比例，所以天然气掺氢并不违背能量守恒，也不是骗局。

第四问：天然气掺氢安全吗？

答：如果天然气掺氢不安全，我司敢做吗？我们所面对的客户群体是各类制造业工厂，如果存在安全风险或者容易出现安全事故，任何人都是没能力去承担这个责任的。那么从科学角度来讲，天然气掺氢必需安全也是必然安全。

第一，关于氢脆。我司目前的天然气掺氢项目是基于甲醇制氢的基本工艺原理，全过程均在常温常压下进行，甲醇制氢工作温度220-240度，气体形成后采用循环水冷却至常温，属于低温范围。压力低于0.4MPa，不属于高压范围。氢脆条件，温度大于300度，压力大于30MPa，故不构成氢脆条件。

第二、设备安全。我司现阶段制氢路线采用甲醇裂解制氢，醇水混合液在反应器中产生氢气。设备开机时生产，关机则停止生产，不存在存储和运输方面的危险。本设备及安全联锁装置均由设计院设计，报呈相关机构检测，符合国家相应资质和标准。控制系统和安全联锁功能对相应的天然气使用设备及管道压力、流量实施同步监测，确保燃烧过程的安全性和稳定性。

第三、氢气爆炸。从理化性质来看，氢气的爆炸极限高于天然气数倍，但氢气的密度只有0.089，非绝对密封空间内，如若出现泄露，氢气会迅速扩散、逃逸，极难达到爆炸浓度，不构成爆炸条件。反之，天然气密度0.71-0.74，液化气浓度2.35，泄露后会在一定空间内短暂停留聚积，如若达爆炸浓度，一遇火星便会发生爆炸。从这方面来讲，氢气的安全性甚至高于液化气和天然气。

第四，掺氢燃烧的过程是否安全？首先，单从燃烧层面上讲，HCNG燃烧仍以天然气为主，氢气为辅。氢气占比小，能量小，燃烧条件并没有发生太大改变。主要是降低了点火能量以及能量密度，并没有增加危险系数。其次，氢气与天然气无限相容，不会出现化学反应，也不会对燃烧设备产生化学反应。

总之，天然气掺氢绝对安全，在2024发改委发布的《天然气利用管理办法》中提到，终端天然气掺氢属于优先类方案。这表明在此政令发布之前，已有相关科研机构对于该方案进行过安全测试和评估才会予以通过。

第五问：天然气掺氢节能的依据是什么？

答：天然气掺氢节能吗？这是所有用户都很关心的话题。节能的依据是什么？这必需建立在完整的科学理论及大范围的实验数据基础上。

1、密度：天然气约0.7-0.74千克/立方，氢气0.089千克/立方。混合气体体积增加，密度降低，燃烧过程中与氧气的接触面更充分，改善燃烧的均匀性和稳定性，减少不充分燃烧产物，以提高利用率。

2、燃烧速度：天然气0.38米/秒，氢气2.65米/秒。燃烧速度越快，能量释放越快，热传递效率越高。通过测试，天然气掺氢能够提高火焰温度，提升时效。如用火温度不变的情况下，则可节省燃料耗量。

3、点火温度：天然气650度，氢气460度，在实际应用中，氢气先燃，带动天然气燃烧，减少点火延迟过程中的损耗。

结论：通过海量用户使用效果得出的数据，掺氢比例为10%时，节省率达5-7%，掺氢比例为20%时，节能率达8-12%。

第六问：天然气掺氢环保吗？

答：我们先来看看氢气燃烧的化学反应方程式：2H2+O=2H2O。氢气燃烧唯一的产物只有水，没有其它副产物。首先，来看掺氢燃烧后排放物的改善情况：

1、1标方天然气燃烧约产生1标方二氧化碳，氢气燃烧不产生二氧化碳，所以HCNG燃烧产生的二氧化碳随掺氢比例而减少。

2、天然气燃烧不充分的情况下，会生成大量的一氧化碳，掺氢让天然气燃烧更充分，则一氧化碳排放减少。

3、氢气燃烧不产生硫化物，所以排放物会根据氢气比例而减少。

4、氮氧化物：热力型NOX与温度相关，若用火场景温度不变化，生成量相当；燃料型NOX，因氢气和天然气均不含氮，不存在燃料型NOX；快速型NOX，氧在燃烧下抑制羟类自由基，NOX含量下降。

5、HCNG燃烧对比纯天然气燃烧产生的水分更少，根据天然气（CH4）燃烧的化学反应方程式：CH4+2O2—CO2+2H2O，燃烧1MOL天然气产生2MOL水，1标方天然气则产生1631克水（天然气密度按0.725算）。氢气燃烧的化学反应方程式：2H2+O2—2H2O，燃烧1mol氢气产生1mol水，1标方氢气燃烧则产生801克水（1标方氢气44.5mol)。天然气掺氢是按体积比计算，结论是HCNG比纯天然气燃烧产生的水分更低。综上所述，天然气掺氢比纯天然气燃烧的环保效果更加理想。

第七问：天然气掺氢会改动使用设备和运行参数吗？

答：通过国内外数十家权威机构和科研团队的研究结果，以及结合大量天然气掺氢案例的数据来看，一致表明，天然气掺氢的最佳比例在10-24%之间。在此范围内，无需改动原有终端设备以及其正常运行参数。

第八问：怎么确定天然气掺氢的比例？

答：准确来说天然气掺氢没有固定比例，我们的掺氢原则是，在不改变终端热效率以及设备正常运行参数的前提下，实现最大程度掺氢。根具不同工况，不同用火场景，从10%逐步提升至24%，具体值表现为天然气与氢气契合的临界点。

第九问：甲醇制氢的成本是多少，天然气掺氢真的能省钱吗？

答：这是一个核心问题，我们设备存在的价值就是节能，就是为用户创造经济价值。根据目前行情，甲醇市价约2500元左右/吨（不同地区略有差异），一吨甲醇至少可产生2100方氢气，除此之外，还需要消耗相应的电能或者热能，综合制氢成本应在1.5元以内。而天然气掺氢，正是利用氢气与天然气体积流量的价差来达成经济收入。掺氢节能公式为：【天然气单价（元）-氢气单价（元）】*每小时氢气掺入量（M³）=经济效益（元）/小时。

第十问：天然气掺氢是否适合所有的行业？

答：凡是使用天然气进行的工业燃烧都可以掺氢，也意味着只要是天然气能做到的，氢气更容易做到。比如某熔铝炉，工作温度需要600-800度，使用天然气的情况下，升温时长较长，而有了氢气的加入，增加了火焰的刚性，使达到目标温度的时间大幅度缩短。同时，增加了熔铝的效率，从而产量增加，达到了节能的目的。