一吨绿色甲醇到底需要补充多少绿氢？

笔者十年前在中科院做生物质热解气化的研究，有幸参与过大规模的生物质气化工程试烧。

几经调整，现在在一个电力设计集团承担生物质绿色甲醇和绿色航油的相关工作，感觉这是命运的一种馈赠，让一个学化工的搞生物质热解气化的注册公用设备动力工程师可以继续在电力院延续他的专业，这是一种很神奇的感觉！

【正文】

在电力设计院，经常有人问我一个问题：“1Nm3绿氢，可以产多少绿色甲醇？”这是典型的一个“隔行如隔山”的问题。

今天这篇文章我就来回答下这个问题：一吨绿甲醇到底需要补充多少绿氢？

1.绿甲醇生产为什么要补绿氢？

首先还是说到甲醇合成反应式：2H2+CO=CH3OH，即H2和CO的体积比为2:1（实际工程中（H2-CO2）/(CO+CO2)~2.03）。而生物质气化过程产生的合成气中H2/CO一般小于1，即气化过程产生的合成气中氢气量相对于一氧化碳量不足，因此需要调整合成气中氢碳比到2左右。

2.调整氢碳比的方式

调整合成气中氢碳比的方式有两种：

第一种，气化后段设置水煤气变换反应，通过CO+H2O=H2+CO2，即消耗自身一部分CO而多产生H2，从而使合成气中氢碳比满足合成要求，但带来的代价是消耗了部分CO，多产生CO2，多消耗了生物质原料。

第二种，在合成气中补充绿氢，调整氢碳比到2左右。

3.一吨绿甲醇需要补充多少绿氢？

通过反应方程式，合成一吨绿甲醇理论需要1400Nm3氢气，700Nm3 CO。讨论一吨绿甲醇需要补充多少绿氢时，首先需要明确气化合成气后段设不设置水煤气变换反应。若不设置水煤气变换反应，即补氢量由合成气中H2/CO决定（调整至H2/CO=2时的供氢量）；若设置水煤气变换反应，补氢量由变换后的合成气H2/CO决定。

简单举例：

假设气化炉合成气净化后H2/CO=1:1，H2+CO合计600Nm3/h（对应前篇文章中的单吨干燥无灰基生物质有效气产量）。

（1）不设置水煤气变换反应，需补充氢气300Nm3/h，折算下来单吨绿甲醇需要消耗生物质4.53吨（收到基）。

（2）不补绿氢时，需要100Nm3/h的CO去参加水煤气变换反应，折算下来单吨绿甲醇需要消耗生物质6.8吨（收到基）。

（3）部分合成气去变换反应+部分补充绿氢。补氢量就介于（1）和（2）之间，单吨绿甲醇需要消耗的生物质量在4.53~6.8吨之间。

4.到底补绿氢合适还是水煤气变换反应合适？

补绿氢时，可以降低生物质原料消耗量，但会增加新能源制氢部分投资；

不补绿氢设置水煤气变换反应时，项目前期投资规模降低，但会增加单位绿甲醇生物质原料消耗量；

到底补绿氢合适还是通过水煤气变换反应合适，究其根本在于成本对比。按照现阶段绿氢成本偏高的现状，仅从成本角度考虑，不补绿氢时的价格一般更具有优势。但为了同时考虑生物质消耗量的影响，可考虑合成气部分水煤气变换+部分补绿氢的方案。

5.结论

（1）单吨绿甲醇需要补充多少绿氢，主要取决于A.设不设置水煤气变换反应，B.合成气中H2/CO和绝对产率。

（2）长远来看，生物质资源愈发紧张是一个必然的事实，当生物质秸秆收集半径过大的，成本会急剧上升，部分补氢从技术经济性来说，是可以考虑的。

（3）生物质碳源为珍贵的绿色碳源，现阶段建议同时考虑富CO2的合成气甲醇生产工艺，此种工艺可最大化的利用生物质碳源，从源头降低生物质消耗量，但会大幅度提升补绿氢量，经济性需充分论证，其适合于生物质资源紧张、大规模绿色甲醇合成的工程场景。