工业制取氢气的关键技术.pdf

工业制取氢气的关键技术

根据氢气生产来源和生产过程中的碳排放情况，一般可将氢能分为灰氢、蓝

氢、绿氢。

灰氢，是通过化石燃料（例如石油、天然气、煤炭等）燃烧产生的氢气，在

生产过程中会有二氧化碳等排放。

目前，市面上绝大多数氢气是灰氢，约占当今全球氢气产量的95％左右。

灰氢的生产成本较低，制氢技术较为简单，而且所需设备、占用场地都较少，但

是碳排放较大。蓝氢，是将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制成。虽然

天然气也属于化石燃料，在生产蓝氢时也会产生温室气体，但由于使用了碳捕捉、

利用与储存（CCUS）等先进技术，温室气体被捕获，减轻了对地球环境的影响，

实现了低排放生产。

绿氢，是通过使用再生能源（例如太阳能、风能、核能等）制造的氢气，例

如通过可再生能源发电进行电解水制氢，在生产绿氢的过程中，完全没有碳排放。

绿氢是氢能利用的理想形态，但受到目前技术及制造成本的限制，绿氢实现大规

模应用还需要时间。

目前，氢的制取主要有三种较为成熟的技术路线：一是以煤炭、天然气为代

表的化石能源重整制氢；二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副

产气制氢；三是电解水制氢。

1灰氢制造技术

1.1媒制氢

煤制氢的本质是以煤中的碳取代水中的氢，最终生成氢气和二氧化碳

（CO），其成本低，技术成熟，运用广泛。以煤气化为例，其工艺流程是将煤

2

炭经高温气化形成合成气，然后通过水煤气变换反应进一步将合成气中的CO与

水反应，生成氢气与CO，最后进行混合气体净化、分离、氢气提纯、尾气处理

2

等工序，最终得到高纯度氢气。由于煤中含有硫等杂质，由气化和变换反应生成

的氢气需要采用脱硫和脱碳技术，后用变压吸附（PSA）纯化技术制成高纯度的

氢气。脱硫和脱碳一般采用低温甲醇洗或者SelexolTM工艺技术。

1.2天然气制氢

天然气水蒸气重整制氢（SMR）目前为国内外普遍采用的天然气制氢工艺

路线，和煤制氢相比，用天然气制氢产量高、加工成本较低，排放的温室气体少。

在美国和中东等地，大部分专有制氢装置采用天然气制氢，因此天然气成为国外

较普遍的制氢方法，但在中国，天然气价格相对较高，因此中国大多数制氢厂通

过煤气化制氢。

1.3工业副产氢

焦炉煤气是炼焦的副产品，氢气含量超过50%。过去焦炉煤气的处理方法是

“一烧了之”，而在“碳中和”背景下，净化和回收焦炉煤气中的氢气可以在中短期

提供一个碳减排的路径。焦炉煤气制氢工序主要有：脱硫脱萘、压缩预处理、变

压吸附制氢、脱氧干燥等。其中焦炉煤气预处理系统为变温吸附（TSA），制氢

系统为变压吸附（PSA），而氢气精制系统也为变温吸附（TSA），可用焦炉煤

气制取99.999%的氢气。

丙烷脱氢工艺是丙烷在一定范围的压力和温度条件下，通过合适的催化剂作

用发生脱氢反应，从中获取丙烯和氢气。，属于工业生产丙烯的新兴重要方式之

一、工业副产氢气的细分方式之一。与其他制氢方式相比，丙烷脱氢具有生产流

程短、占地面积小、建设周期短、成本低、能耗小、碳排放量少、制氢纯度高、

制氢产能达等优势，是当前国内制氢市场最具氢气供给潜力的方式。

2蓝氢制造技术

“蓝氢”是在灰氢的基础上结合CCUS技术获取的氢气。蓝氢的制取通过

CCUS技术捕获化石能源制氢过程中排放的CO从而在理论上减少碳排放水平，

2

是氢气制取由灰氢向绿氢发展的过渡环节。集成CCUS技术的煤制氢的碳强度

可低至3kgCO/kgH2，集成CCUS技术的天然气制氢的碳强度则可低至

2

1kgCO/kgH。煤炭是我国的战略资源，作为原料使用的煤炭不直接计算碳排

22

放。因此，伴随CCUS技术的逐步成熟以及成本的下降，煤制氢在中国将具有

相对的优势和持续发展的潜力。

煤制氢和天然气制氢是目前最经济、也是最为广泛应用的制氢技术。煤制氢

一般包括煤气化、净化、CO变换以及氢气提纯等环节。煤制氢在煤气化及CO变

换过程中会释放大量的CO。未集成CCUS（碳捕集、利用与封存）技术的煤制

2

氢的碳强度约