几种工业制氢方案的比选

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制氢技术比较及分析报告

制氢技术综述&制氢技术路线选择一、工业制氢技术综述1.工业制氢方案工业制氢方案很多，主要有以下几类：（1）化石燃料制氢：天然气制氢、煤炭制氢等。

（2）富氢气体制氢：合成氨生产尾气制氢、炼油厂回收富氢气体制氢、氯碱厂回收副产氢制氢、焦炉煤气中氢的回收利用等。

（3）甲醇制氢：甲醇分解制氢、甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇部分氧化制氢、甲醇转化制氢。

（4）水解制氢：电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解、高温电解、光电解、生物光解、热化学水解。

（5）生物质制氢。

（6）生物制氢。

2.工业制氢方案对比选择（1）煤炭制氢制取过程比天然气制氢复杂，得到的氢气成本也高。

（2）由于生物制氢、生物质制氢和富氢气体制氢等方法制取的氢气杂质含量高、纯度较低，不能达到GT等技术提供商的氢气纯度要求。

（3）国内多晶硅绝大多数都采用的是水电解制氢，只有中能用的是天然气制氢，而国外应用的更多是甲醇制氢，因此，我们重点选择以下三类方案进行对比：（A）天然气制氢（B）甲醇制氢（C）水电解制氢3. 天然气制氢（1）天然气部分氧化制氢因需要大量纯氧增加了昂贵的空分装置投资和制氧成本。

（2）天然气自热重整制氢由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应分步进行，因此反应器仍需耐高温的不修锈钢管做反应器，这就使得天然气自热重整反应过程具有装置投资高，生产能力低的特点。

（3）天然气绝热转化制氢大部分原料反应本质为部分氧化反应。

（4）天然气高温裂解制氢其关键问题是，所产生的碳能够具有特定的重要用途和广阔的市场前景。

否则，若大量氢所副产的碳不能得到很好应用，必将限制其规模的扩大。

（5）天然气水蒸汽重整制氢，该工艺连续运行, 设备紧凑, 单系列能力较大, 原料费用较低。

因此选用天然气水蒸汽重整制氢进行方案对比。

4.甲醇制氢（1）甲醇分解制氢，该反应是合成气制甲醇的逆反应，在低温时会产生少量的二甲醚。

（2）甲醇水蒸汽重整制氢，是甲醇制氢法中氢含量最高的反应。

工业上制氢气的方法及优缺点

工业上制氢气的方法及优缺点我国氢燃料电池基础设施建设已经进入加速期，为氢燃料电池汽车做好充分准备，但氢气的制备是目前需要攻克的难题。

工业制氢气包括很多种方法，都存在着各自的优势和局限性，本文将主要介绍工业上制取氢气的方法。

目前，工业上制氢气主要有几种方法：一是采用化石燃料制取氢气；二是从化工副产物中提取氢气；三是采用生物的甲醇甲烷制取氢气，四是利用太阳能、风能等自然能量进行水的电解。

1、化石燃料制氢化石燃料制氢是传统的制氢方法，也是制氢的老工艺，但仍然离不开对化石燃料的依赖，并且会排出二氧化碳等温室气体，一般用于制氢的化石燃料是天然气。

天然气制氢的过程是：在一定的压力和一定的高温及催化剂作用下，天然气中烷烃和水蒸汽发生化学反应。

转化气经过沸锅换热、进人变换炉使C0变换成H2和CO2。

再经过换热、冷凝、汽水分离,通过程序控制将气体依序通过装有3种特定吸附剂的吸附塔，由变压吸附（PSA）升压吸附N2、CO、CH4、CO2，提取产品氢气。

2、工业副产物制氢焦炉气制氢技术是采用变压吸附的工艺，从炼焦行业副产的焦炉气中提取纯氢。

其基本原理是利用固体吸附剂对气体的吸附具有选择性，以及气体在吸附剂上的吸附量随其分压的降低而减少的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生，达到提纯制氢的目的。

3、甲醇重整制氢甲醇水蒸汽重整是国外２０世纪８０年代兴起的一种制氢技术，加拿大、英国、澳大利亚等国家在这方面进行了大量研究。

该制氢工艺非常成熟，是国内小型化移动甲醇制氢的先驱企业，并已经将该技术与燃料电池发电技术高度集成，成功应用在新能源汽车、通讯基站等领域，应用前景非常好。

4、电解水制氢氢气还能够通过传统的电解水法获得，但这种方法由于能耗过高，除已建成装置外，已少有新建装置。

各种方法的优缺点工业上已经有多种制氢气的途径。

但是，这些方法都存在着各自的优势和局限性。

天然气制氢和焦炉气制氢均适用于大规模制氢，但也均受限于原料的供应，并且具有污染性。

工业制氢气的方法

工业制氢气的方法
工业制氢气的方法主要有以下几种：
1. 蒸汽重整法（Steam Methane Reforming，SMR）：
•这是工业上最常用的制氢方法。

•首先，甲烷（天然气）与水蒸气反应产生一氧化碳和氢气。

•反应方程式：CH₄ + H₂O → CO + 3H₂
•然后，一氧化碳与水蒸气反应，生成二氧化碳和更多的氢气。

•反应方程式：CO + H₂O → CO₂ + H₂
•这个过程在高温下进行，通常需要使用催化剂。

2. 煤气化法（Gasification）：
•煤、石油等碳质原料通过气化反应生成合成气，然后通过水煤气变换反应（Water Gas Shift，WGS）将一氧化碳转化为更多的氢气。

•反应方程式：CO + H₂O → CO₂ + H₂
3. 电解法（Electrolysis）：
•通过电解水来分解水分子，将氢气和氧气分离。

•反应方程式：2H₂O → 2H₂ + O₂
•电解法有水电解和碱性水溶液电解等不同的方法。

4. 部分氧化法（Partial Oxidation）：
•部分氧化法是在有限氧气条件下，使甲烷或其他碳氢化合物与氧气反应，生成氢气和一氧化碳。

•这个方法一般在高温下进行，通常需要催化剂。

5. 溶液法：
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•通过将金属与酸性溶液反应来产生氢气。

•反应方程式：Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
不同的制氢方法具有各自的优缺点，选择取决于原材料的可用性、经济性、能源效率和环境考虑等因素。

在工业上，常根据具体需求和条件采用不同的制氢方法。

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制氢的方式及优缺点

制氢的方式及优缺一、天然气制氢1. 优点：原料丰富：天然气是一种相对普遍的资源，全球范围内都有分布。

技术成熟：天然气制氢技术已经发展得较为成熟，易于大规模生产。

成本相对较低：相较于其他制氢方式，天然气制氢的成本相对较低。

2. 缺点：依赖化石燃料：天然气属于化石燃料，使用该方法制氢会对环境产生一定的影响。

能耗较高：由于是热化学反应，能源消耗相对较高。

二、煤制氢1. 优点：原料丰富：煤是全球储量最丰富的化石能源，可用于大规模制氢。

技术成熟：煤制氢技术经过多年的发展已经相当成熟。

2. 缺点：污染较大：煤制氢过程中会产生大量的二氧化碳和其他污染物，对环境影响较大。

能耗高：与天然气制氢相似，煤制氢的能源消耗也相对较高。

三、工业副产氢1. 优点：来源广泛：工业副产氢可以从多种工业过程中获得，如石油重整、煤气化等。

技术简单：工业副产氢通常从已有工艺中获得，技术难度相对较低。

2. 缺点：供应不稳定：工业副产氢的供应受相关工业生产的影响，可能存在不稳定性。

品质不一：由于来源多样，工业副产氢的品质可能存在差异。

四、重油裂化制氢1.优点：可利用重油资源：重油是一种丰富的能源资源，通过裂化可以转化为氢气。

技术进步：随着技术的进步，重油裂化制氢的效率得到提高。

2.缺点：环境影响：重油裂化过程中会产生一定的污染物，对环境有潜在影响。

高能耗：重油裂化需要高温高压条件，能耗较高。

五、电解水制氢1.优点：环境友好：电解水制氢过程中不产生污染物，是完全清洁的制氢方式。

可再生能源：电解水使用的电能可以来源于可再生能源（如太阳能、风能），符合可持续发展的要求。

2.缺点：高能耗：电解水制氢的能耗较高，目前成本相对较高。

效率问题：目前电解水制氢的效率相对较低，需要进一步的技术提升。

制氢技术比较及分析

（2）富氢气体制氢：合成氨生产尾气制氢、炼油厂回收富氢气体制氢、氯碱厂回收副产氢制氢、焦炉煤气中氢的回收利用等。

（3）甲醇制氢：甲醇分解制氢、甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇部分氧化制氢、甲醇转化制氢。

（4）水解制氢：电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解、高温电解、光电解、生物光解、热化学水解。

（5）生物质制氢。

（6）生物制氢。

2.工业制氢方案对比选择（1）煤炭制氢制取过程比天然气制氢复杂，得到的氢气成本也高。

（2）由于生物制氢、生物质制氢和富氢气体制氢等方法制取的氢气杂质含量高、纯度较低，不能达到GT等技术提供商的氢气纯度要求。

（3）天然气绝热转化制氢大部分原料反应本质为部分氧化反应。

（4）天然气高温裂解制氢其关键问题是，所产生的碳能够具有特定的重要用途和广阔的市场前景。

否则，若大量氢所副产的碳不能得到很好应用，必将限制其规模的扩大。

（5）天然气水蒸汽重整制氢，该工艺连续运行, 设备紧凑, 单系列能力较大, 原料费用较低。

因此选用天然气水蒸汽重整制氢进行方案对比。

4.甲醇制氢（1）甲醇分解制氢，该反应是合成气制甲醇的逆反应，在低温时会产生少量的二甲醚。

（2）甲醇水蒸汽重整制氢，是甲醇制氢法中氢含量最高的反应。

工业制取氢气的化学方程式

工业制取氢气的化学方程式1.水电解法水电解法是一种使用电能将水分解为氢气和氧气的方法。

该方法是使用电流在水中引发电解反应，使得水分子中的氧原子和氢原子分离。

化学方程式：2H2O(l)->2H2(g)+O2(g)水电解法的优点是源头广泛，水是最丰富、最基本的资源之一，因此可持续性好。

然而，该方法需要消耗大量电能，因此电能成本较高。

2.天然气重整法天然气重整法是利用天然气（主要成分为甲烷）进行反应，产生氢气的方法。

该方法是通过高温和催化剂的作用，将甲烷和水蒸气转化为氢气和一氧化碳。

化学方程式：CH4(g)+H2O(g)->CO(g)+3H2(g)天然气重整法具有高效率和较低的氢气成本的优点。

然而，该方法产生的一氧化碳是一种有毒气体，需要进行进一步净化处理。

3.煤气转化法煤气转化法是利用燃煤产生的合成煤气进行反应，制取氢气的方法。

该方法通过高温和催化剂的作用，将合成煤气中的碳氢化合物转化为氢气和一氧化碳。

化学方程式：C(s)+H2O(g)->CO(g)+H2(g)C(s)+CO2(g)->2CO(g)煤气转化法具有适用范围广、资源丰富的优点。

然而，煤炭是一种不可再生的能源，使用该方法会产生大量的二氧化碳等温室气体，对环境造成较大影响。

除了上述几种方法，还有其他一些新型的氢气制取方法，如太阳能光解水法和生物制氢法等。

这些方法利用太阳能或者微生物的生物功能，将水分解为氢气。

总之，工业制取氢气有多种方法，以上介绍的水电解法、天然气重整法和煤气转化法是目前较常见的几种方法。

根据不同的资源和需求，可以选择适合的制氢方法进行生产。

同时，随着科学技术的进步，还将有更多新型的氢气制取方法被开发出来。

制氢方式对比

煤0.73kg
电0.355kw/h
原料天然气0.48m3 燃料天然气0.12m3 锅炉给水1.7kg 电 0.2kw/h ≈1.9元(天然气的价格在上涨）
பைடு நூலகம்
电1.3KW/h 液氨0.52kg/m3 2.6--2.8元 1.氨分解反应温度高，在 800-900℃左右进行，故反应器需要耐高温。又由于在氨分解反应区内同时存在着氨、氮、氢等气体，对反应器和换热器的材质要求较高。同时，由于反应温度高，也使得所需的热量均需采用电加热方式。这样，氨分解制氢电耗十分高。 2.液氨的储运问题。液氨的贮存、运输必须采用 30KG 以上的压力容器 3.氨气属于易燃易爆品 4.液氨有毒性，气味刺鼻，环保部门监管严格。
甲醇与水蒸气在温度、压力条件下，通过催化剂发生裂解反应和一氧化碳变换反应，生产氢和二氧化碳。这是一个多组分，多反应的催化反应系统，再经过变压吸附工艺获取纯氢。水电解的工业生产装置是电解槽。
工作压力0.05MPA 800-850度
温度
电解槽工作压力可达 4.0MPA,出槽气体温度 ≈90度最大产量300M3/h 最高纯度69，可回收O2
流程简单、运行稳定、操作简便，可实现无人值守全自动操作，并可随用氢量的变化实现负荷的自动调节。
1.甲醇属于清洁能源安全环保无毒。 2.甲醇运输只需常压，运输安全，费用较低
占地面积 (1000m3为例）建设地点优先领域
100m x 80m
50m x 30m,受限于天然气的供应中高要求、大规模
运行参数反应压力07mpa反应压力在15mpa以上工作压力005mpa温度800850度电解槽工作压力可达40mpa出槽气体温度90度工作压力12mpa温度260290度技术指标纯度99副产物co2纯度3959可回收co2co和ch4氢气收率可达70最大产量200m3h最高纯度3949可回收综合气体n2最大产量300m3h最高纯度69可回收o2最大产量20000m3h纯度3979可回收综合气体coco2主要消耗m3煤073kg电0355kwh原料天然气048m3燃料天然气012m3锅炉给水17kg电02kwh电13kwh液氨052kgm3脱盐水082kg电55kwh电00556kwh甲醇052kg经营成本0612元19元天然气的价格在上涨2628元56元16元技术安全环保工艺流程较长操作环境较差环境污染严重三废排放中含有大量的灰渣酸性气体和污水废水排放方面排放少量的锅炉污水

常规的制氢方法及几种制氢技术的优劣势

常规的制氢方法及技术的优劣势1、工业上常用的制氢方法工业制氢方案很多，主要有以下几类：（1）煤制氢；（2）天然气制氢；（3）甲醇制氢：包括甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇直裂制氢、甲醇部分氧化制氢；（4）水解制氢（5）富氢气体提纯制氢：各种富氢尾气（氯碱厂副产氢、炼油厂副产氢、合成氨厂副产氢、煤化工副产氢等）。

2、主流的工业制氢方案选择（1）煤制氢工艺流程复杂，环保问题也突出，目前中小型的煤制氢已经不再审批。

（2）富氢气体提纯制氢主要依托上游主装置，依赖性较强。

（3）在制氢领域，目前主要的是水电解制氢、甲醇制氢、天然气制氢，我们分别作详细介绍：3、主流的工业制氢方案介绍对比（1）电解水制氢原理是电解液（一般是含有30%左右氢氧化钾（KOH）的溶液），在接通直流电后，水分解为氢气和氧气。

该方法技术成熟、设备简单、运行可靠、管理方便、不产生污染、可制得氢气纯度高、杂质含量少，适用于各种应用场合，唯一缺点是耗能大，制氢成本高；目前商品化的水电解制氢装置的操作压力为0.8~3.0MPa，操作温度为80~90℃，制氢纯度可达99.7%，制氧纯度达99.5%。

（2）甲醇制氢原理是甲醇和水反应生成氢气和二氧化碳的合成气，再经过PSA提纯，得到高纯度的氢气。

该方法原料为甲醇和脱盐水，原料来源方便，在220～280℃下，专用催化剂上催化转化为组成为主要含氢和二氧化碳转化气；甲醇的单程转化率可达95%以上，氢气的选择性高于99.5%，再利用变压吸附技术，可得到纯度为99.999%的氢气，一氧化碳的含量低于1ppm。

（3）天然气制氢原理是天然气和水反应生成氢气和二氧化碳的合成气，再经过PSA提纯，得到高纯度的氢气。

该方法原料来源方便，不需要设置原料储罐，单系列能力较大, 原料费用较低。

反应温度在600-800℃，制氢过程需吸收大量的热，高温高压必然对设备的要求也比较高因此该装置投资高。

转化气经过变压吸附，可得到纯度为99.999%的氢气，4、主流的工业制氢方案选择4.1 小型制氢采用电解水方法（1）多年来，水电解制氢技术自开发以来一直进展不大，其主要原因是需要耗用大量的电能，电价的昂贵，用水电解制氢都不经济。

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０引言
随着我国工业的飞速发展，氢气作为重要的工业原料和还原剂，其消耗量也在迅速增加。目前我国工业制氢站大规模生产氢气主要采用水煤气制氢、
剂ｆＣｕ — Ｚｎ — Ａ１）或者（Ｃｕ — Ｚｎ — Ｃｒ）的作用下，发生催化裂
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｐｔｉｏｎｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓｈｙｄｒｏｇｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；ｍｅｔｈａｎｏｌ；ｗａｔｅｒｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ；ｎａｔｕｒａｌｇａｓ
ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎｄＳｅｌｅｃｉｏｔｎｏｆＳｅｖｅｒａｌＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＨｙｄｒｏｇｅｎＰｒｏｄｕｃｉｏｔｎＯｐｔｉｏｎｓ
ＴＡＮＧＪｉｎｈｕａ
制氢方案的基本原则和建议。
［关键词］制氢；甲醇；水电解；天然气
中图分类号：ＴＱ１１６．２文献标识码：Ｂ文章编号：１００４ — ４３４５（２０１４）０５ — ００４３ — ０３
配比混合，加热至２７０￣Ｃ左右的混合物蒸汽，在催化
收稿日期：２０１４一Ｏ１ — １５作者简介：汤金华（１９８３一），男，工程师，主要从事热能动力及暖通专业相关工程设计工作。
图１甲醇制氢设备流程示意
（ＣｈｉｎａＮｅｒｉｎＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｃｈａｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ３３００３１，Ｃｈｉｎａ）
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｂａｓｉｃｐｉｒｎｃｉｐｌｅｓｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎｍａｋｉｎｇｆｒｏｍｍｅｔｈａｎｏｌ，ｗａｔｅｒｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓａｎｄｎａｔｕｒａｌｇａｓ，ａｎｄｃｏｍｐａｉｒｓｏｎｉｓｍａｄｅｆｏｒｔｈｅｓｅｏｐｔｉｏｎｓ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｕｔｓｏｒｆｗａｒｄｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｏｆｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎ
流程示意见图１
氢的工艺原理，并对这几种方案经行比较，提出选择
制氢方案的基本原则，希望为相关工程在确定制氢
方案时提供一些帮助。
１制氢方案的工艺介绍
１．１甲醇制氢
甲醇制氢的工艺过程是甲醇和除盐水按一定的
轻油转化制氢、天然气制氢；而在电子、冶金、医药、
精细化工方面，由于规模相对较小，主要还是采用传
统的水电解制氢；近年来，随着催化剂的发展，甲醇制
转化催化剂具有裂解和转化两个功能，两步反应可耦合在一起同时在转化器内完成。甲醇裂解属
整个反应过程来看，制氢反应过程是一个吸热过程，原料汽化和反应所需要的热量由导热油锅炉提供。
效益［ ” 。
本文主要介绍甲醇制氢、水电解制氢、天然气制
反应生成的转化气经冷却、冷凝及净化后送至变压吸附工段除去杂质，合格后送至用户。甲醇制氢工艺
５卷第３５期
有色冶金设计与研究
２０１４正
ｌ０月
几种工业制氢方案的比选
汤金华
（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌３３００３１）［摘要］阐述了甲醇制氢、水电解制氢、天然气制氢基本原理，并对这几种方案进行了比较，提出了选择
解和转化反应反应式如下：
ＣＨ３ＯＨ — Ｃ０＋２Ｈ２ — ９０．７ｋＪ／ｍｏｌＣＯ十Ｈ２Ｏ — ＋Ｃ０２＋Ｈ２十４１．２ｋＪ／ｍｏｌＣＨ３０Ｈ＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ２＋３Ｈ２－＿４９．５ｋＪ／ｏｏｔｌ
于吸热反应，一氧化碳转化反应属于放热反应，这种
氢的工艺也得到了迅速推广，越来越多中小规模制
氢方案采用甲醇制氢，同时也取得了较好的经济
耦合既利用了