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氢气制备产业技术经济分析（上）

作者，Henry财务学博士，专注产业技术经济研究

导读

在迅速崛起的氢能产业中，各种制氢技术与工艺群雄并起，本文

主要讨论主要制氢技术及天然气蒸汽重整制氢的成本特征，为制氢企

业和产业资本提供决策依据。

一、什么是制氢技术

氢气的化学式是H2，由2个氢原子通过共价键结合而成，是世界

上密度最小的气体。地球上氢元素的储量排第三，并且主要以水的形

式存在，氢气的原料来源非常丰富；氢气可以通过水制备，且燃烧后

仅生成水，零污染，且实现了产业链的闭环，是一种可持续的燃料；

氢气是常见燃料中热值最高的（142KJ/kg），约是石油的3倍、煤炭

的4.5倍，正是这一系列优点，氢气被认为是能源的终极解决方案。

因此，近年来在环保及可持续发展理念驱动下氢燃料电池等氢能产业

快速兴起，社会对氢气的需求不断上升。在可以预见的将来，氢气必

将成为人类社会最重要的能源之一，而探索低成本、高效率、高纯度

的大规模工业化制氢技术成为构建“氢社会”的基础。

图1制氢工艺分类图

图片来源：公开资料

目前已知的制氢技术及工艺十分繁多，如上图所示，按照所用原

料的不同可以分为七大类：

（1）光解水制氢；

（2）天然气或生物气制氢；

（3）油类加工制氢；

（4）煤气化制氢；

（5）乙醇或甲醇裂解制氢；

（6）电解水制氢；

（7）生物体热解制氢。

二、主流制氢工艺介绍

这些制氢工艺在环保、氢气纯度、能量转化效率、成本等方面各

擅胜场，但在当前技术经济环境下得到大规模工业化应用的主要有天

然气制氢、煤制氢、重油加工制氢、甲醇裂解制氢以及电解水制氢等

五种。但近年来随着石油价格不断上涨，原有重油制氢装置因原料利

用率低，在成本效益上越来越难以体现经济性，众多企业纷纷停止使

用。

图2商业化制氢产业中的工艺选择

数据来源：PacificNorthwestNationalLaboratory

世界各国由于在资源分布、技术基础、环保要求等方面的差异，

其制氢工业所选择的工艺各有侧重。在全球范围内，天然气制氢占比

最高，达到48%；其次是醇类裂解制氢，占比30%；焦炉煤气第三，

占比8%。日本由于化石燃料资源匮乏、环保要求高等原因，其制氢工

业多数采用电解水。而中国煤资源丰富，煤炭开采及加工工业发达，

因此煤气化制氢及焦炉气制氢工艺采用较多。

天然气蒸汽重整制氢

天然气通常是指储存在地层较深部的一种富含碳氢化合物的可燃

气体，主要成分是甲烷（含量大于85%）、乙烷、丙烷、硫化物、二

氧化碳、氮气和水汽等。天然气制氢主要分为天然气蒸气重整法

（SMR）制氢、天然气部分氧化（POX）制氢及天然自热重整（ATR）

制氢。

图3天然气SMR工艺流程

资料来源：玖牛研究院根据公开资料整理

目前多数天然气制氢是通过蒸汽重整法（SMR）制备的。SMR法

是在一定的压力、高温及催化剂作用下，天然气中烷烃和水蒸汽发生

化学反应生成转化气，经过沸锅换热、进人变换炉使C0变换成H2和

CO2，然后进行H2提纯。

甲醇裂解制氢

甲醇裂解制氢的工艺过程是甲醇和去离子水按一定的配比混合,加

热至270℃左右的混合物蒸汽，在催化剂(Cu-Zn-Al)或者(Cu-Zn-Cr)

的作用下,发生催化裂解和转化反应，产生氢气和二氧化碳，然后进入

水洗吸收塔进行提纯，即制备出产品氢气。

图4甲醇裂解制氢工艺流程

资料来源：玖牛研究院根据公开资料整理

煤气化制氢

以煤为原材料的制氢工艺包括煤焦炉气制氢与煤气化制氢。其中

焦炉气制氢是煤炭炼焦的副产品回收，其供应受制于炼焦厂产能。自

2016年以来由于环保限产，全国炼焦厂产量下滑，焦炉气制氢发展停

滞。煤气化制氢是煤粉、煤浆或煤焦与气化剂（空气、氧气及水蒸气

等）在高温下进行部分氧化（POX）反应，在高温气化炉中生成以Ｃ

Ｏ、Ｈ２为主的合成气，再经过变换、低温甲醇洗工艺、氢气提纯