当前制氢的关键技术进展、前景及建议VIP专享VIP免费

当前制氢的关键技术进展、前景及建议氢气制备主要技术工艺有热化学制氢和水电解制氢，其中热化学制氢技术主要有化石能源制氢及化工原料制氢。化石能源制氢包括水煤气制氢、天然气重整制氢等，目前已经进行工业生产，技术相对成熟，但能量的产出大于投入，若用此法制氢发电，能量转换效率低，经济性差，因此传统能源制氢并非理想的制氢技术。化工原料制氢主要有醇类裂解制氢、醇类重整制氢，如甲醇水蒸气重整制氢。水电解制氢法即利用光伏、风电等新能源电力电解水制氢，这种制氢方式近零碳排放，可充分利用“三弃”（弃风、弃光、弃水）能源水解制氢，还可以大大降低制氢成本，是实现“绿氢”生产的重要技术环节，也是氢能领域投资的重点领域。化石能源制氢技术虽然成熟度较高且经济性较好，但碳排放量较大，违背了氢能作为清洁能源的本质，不适合长期发展；可再生能源电力电解水制氢技术成熟，且环保性好、碳排放少，但是其制氢成本较高，可以考虑采取“三弃”能源制氢，以大幅降低制氢成本。不同制氢技术所使用的制氢原料及制氢工艺大有不同。一、制氢原料全球制氢技术的主流选择是化石能源制氢和化工原料制氢，这主要是由于化石能源制氢和化工原料制氢的成本较低。此外，由于清洁性好、效率高、成本低，采用天然气重整制氢具有较大利润空间。采用电解水制氢是当前制氢环节的研究热点，技术也较为成熟，其他新型制氢法尚未应用于大规模制氢。从制氢原料占比来看，近期我国仍将主要采用化石能源制氢和工业副产氢+碳捕集、利用与封存（CCUS）技术（即“蓝氢”），助力化石能源制氢降低碳排放。而随着我国可再生能源装机容量不断增大，在西北地区出现大量弃风弃光现象，如果能够将弃风弃光所发电力用于电解水制氢（“绿氢”，即采用风电、光伏等可再生能源电解水制氢），“绿氢”制取经济性也非常可观。因此，长远来看，随着碳达峰、碳中和工作的推进，“绿氢”将成为氢能应用的主流选择。二、制氢工艺较为成熟的技术路线有3种，即使用煤炭、天然气等化石能源重整制氢，以醇类裂解制氢技术为代表的化工原料高温分解重整制氢，以及电解水制氢；光解水和生物质气化制氢等技术路线仍处于实验和开发阶段，相关技术难以突破，尚未达到规模化制氢的需求。虽然化石能源制氢工艺成熟且原料价格低廉，但是会排放大量的温室气体，对环境造成污染，因此环境成本极高；而电解水制氢工艺几乎无碳排放，符合绿色发展及可持续发展的环保理念。（1）化石能源重整制氢天然气制氢技术中，蒸汽重整制氢较为成熟，是国外主流制氢方式。其原理是：先对天然气进行预处理，甲烷和水蒸汽在转化炉中反应生成一氧化碳和氢气等；经余热回收后，在变换塔中，一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气。该技术是在天然气蒸汽转化技术的基础上实现的。在变换塔中，在催化剂存在的条件下，控制反应温度，转化气中的一氧化碳和水反应，生成氢气和二氧化碳。国内天然气重整制氢、高温裂解制氢主要应用于大型制氢工业。天然气制氢过程的原料气也是燃料气，无需运输，但天然气制氢投资比较髙，适合大规模工业化生产。一般制氢规模在5000m3/h以上时选择天然气制氢工艺更经济。此外，天然气原料占制氢成本的70%以上，天然气价格是决定氢价格的重要因素，而我国富煤、缺油、少气的能源特点，制约着天然气制氢在我国的实施。煤气化制氢是工业大规模制氢的首选，也是我国主流的化石能源制氢方法。该制氢工艺通过气化技术将煤炭转化为合成气（CO、CH4、H2、CO2、N2等），再经水煤气变换分离处理以提取髙纯度的氢气，是制备合成氨、甲醇、液体燃料、天然气等多种产品的原料，广泛应用于石化、钢铁等领域。煤制氢技术路线成熟髙效，可大规模稳定制备，是当前成本最低的制氢方式。（2）甲醇水蒸气重整制氢甲醇水蒸气重整制氢，即甲醇和水在一定温度、压力和催化剂作用下转化生成氢气、二氧化碳以及少量一氧化碳和甲烷的混合气体，该方法产物中氢气体积分数是甲醇制氢法中最髙的。甲醇水蒸气重整制氢具有反应温度低、产物氢气体积分数髙、一氧化碳体积分数（V2%）较甲醇分解制氢法低等优点。因此，目前开发的甲醇制氢技术主要采用甲...