目前,制氢的方法主要有化石燃料制氢(煤气化、天然气制氢等),水电解制氢,工业副产制氢,新型制氢方法(生物质、光解水、热化学裂解水制氢),本文将简要介绍各方法及其优缺点。
化石燃料制氢
煤气化制氢
煤气化制氢是先将煤炭气化得到以H2和CO为主要成分的气态产品,然后经过CO变换和分离、提纯等处理而获得一定纯度的产品氢。
优缺点: 煤气化制氢具有成本低,来源广泛,适合大规模制取等优点,在我国有良好的应用基础。但其存在污染严重等环保问题,需要在现有基础上全面提高技术水平,才能顺应可持续发展的战略需求。 目前该项技术已在中国石化下属金陵石化、齐鲁石化、南化公司成功应用。
天然气制氢
天然气制氢是氢气的主要来源。全球每年约7000万吨氢气产量,约48%来自于天然气制氢,欧美大多数国家以天然气制氢为主。天然气制氢技术包括蒸汽重整技术、部分氧化、自热重整、CH4/CO2重整以及催化裂解等。
优缺点: 天然气制氢具有产氢量大,技术成熟等优点,是当前氢的主要来源途径。但其制氢反应运行过程造成的系统能耗和温室气体释放量较大,因此需要从改善反应条件,减少反应过程能耗损失等方面着手提高系统的整体环保效应。
甲醇水蒸气重整制氢
甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂,在催化剂的作用下, 发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应,生成氢和二氧化碳,重整反应生成的H2和CO2,再经过变压吸附法(PSA)将H2和CO2分离,得到高纯氢气。
优缺点: 甲醇重整制氢成本低,制备过程工艺流程简单,整个制备过程操作条件温和且方便灵活,但其碳排放问题同样严重。
电解水制氢
水电解制氢是在充满电解液的电解槽中通入直流电,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气。利用电网的电能进行电解水制氢能耗高且温室气体排放量大。可再生能源具有清洁环保的特点,因此,可以将可再生能源发电系统产生的电能用于电解水制氢,优化传统电解水制氢的能源利用结构,使电解水制氢更加节能环保。
优缺点: 可再生能源发电制氢能耗低,整个制备过程中温室气体释放少,得氢气纯度高、杂质含量少。但这种制备方法技术发展不太成熟,且成本较高,很难进行大型化的生产,因此使用这种方法制备氢气受到了一定程度的限制。 新奥股份已顺利实施张家口氢能利用项目,该项目是国内最大的电解水制氢项目;已建设完成718所特气一期项目,并成功签约二期项目建设。
工业副产制氢
工业副产氢是从产品生产过程的副产物中提纯氢气的技术。包括焦炉煤气,氯碱尾气,石油裂解等。
优缺点: 该技术成本低廉、不会产生额外碳排放且分布广泛,将这一类氢气作为燃料电池的氢源,有利于解决燃料氢气的成本和大规模储运问题。但受技术的限制,所制取的氢气纯度较低。 中泰股份公司为深冷装备龙头,掌握氢气提纯核心技术,具备制氢技术以及业绩,可以提供高纯度的氢原料。
新型制氢法
光解水制氢
光解水制氢的原理是直接利用太阳能,在光催化剂的协助下,将水分解产生氢气。
优缺点: 这种方法直接利用一次能源,没有能源转换所产生的浪费,理论上简单高效。然而,这种制氢方法仍处于初期研发时期,技术目前难点是催化剂研制,存在制氢效率低(不到4%)等问题。
光解水制氢示意图
热化学裂解水制氢
热化学裂解水制氢即通过若干个化学反应,将水的分解分成几个中间反应进行,组成一个循环,这样不仅降低了反应温度,而且可以避免氢气和氧气同时产生。
优缺点: 该制氢方法温室气体排放量较少,但目前建设成本较高,技术不够成熟,需要进一步完善。 中核集团与清华大学、宝武集团等国内主要相关单位,已经联合开展了核能制氢与氢能冶金结合的前期合作。
生物质制氢
生物质气化制氢就是将生物质原料如薪柴、锯末、麦秸、稻草等压制成型,在汽化炉或裂解炉中进行汽化或裂解反应,制得含氢的燃料气。
生物质制氢流程图
优缺点: 生物质气化制氢具有能耗低,温室气体释放少,原料获取方便等优点,理论上能有较大的产氢能力。但其原料构成复杂,初产物杂质多,提纯工艺困难,且占地面积较大,不适合大规模制取。