天然气制氢的基本原理及工业技术经验进展

天然气转化制氢工艺原理装置从原料净化到原料蒸汽转化及中温变换，每个过程都包含有复杂的化学反应，而产物的分离则是一个除去杂质的变压吸附过程，各装置的组成部分的催化剂又有所不同，对操作的要求及处理也不同，为达到控制正常生产的目的，必须对每个过程的生产原理及催化剂性能有一定认识。

本装置制氢工艺主要由五部分组成，原料的预加氢、原料脱毒、原料蒸汽转化、转化气的中温变换及中变气的PSA氢气提纯。

一、原料的预加氢制氢原料中的硫、氯等有害杂质能使转化催化剂中毒而失去活性，而原料中的烯烃则在较高的温度下易热裂解，使催化剂积碳失活，因此在原料进转化前必须除去。

但原料中的硫、氯大多以有机硫、氯形式存在，要想除去必须进行加氢处理，使之生产易除去的H2S、HCl，同时原料中的烯烃也需要经过加氢饱和才能达到进转化的要求。

原料预加氢的目的就是在一定温度下使原料中的烯烃加氢饱和及有机硫、氯的生成H2S、HCl以便除去。

其反应机理：硫醇加氢R-SH+H2=RH+H2S硫醚加氢R-S-R’+2H2=RH+R’H+H2S二硫醚加氢R-S-S-R’+3H2=RH+R’H+2H2S噻吩加氢C4H4S+4H2=C4H10+H2S二硫化碳加氢CS2+4H2=CH4+2H2S氧硫化碳加氢COS+H2=CO+H2S烯烃加氢饱和反应C n+H2n+H2=C n H2n+2加氢催化剂主要活性组分为CoO及MoO3，双功能加氢催化剂还含有NiO，而氧化态的Co、Mo、NiO加氢活性非常低，为了达到要正常生产的目的，延长催化剂使用寿命及初活性的发挥，需对新鲜催化剂进行预备硫化，使之变成具有较高活性的硫化态的金属硫化物。

预硫化是指在一定氢浓度下，利用硫化剂与氢气反应生成的H2S，在一定温度下与催化剂中氧化态的活性组分反应，生成具有高活性的金属硫化物的过程。

通常使用的硫化物为DMDS或CS2。

二、原料的脱硫与净化原料净化的目的主要是脱除原料中的硫、氯，保证转化催化剂的正常运行，其反应机理为，利用金属氧化物在一定温度下与HCl、H2S反应生成金属氯化物与金属硫化物，是原料中的氯、硫被固定下来，脱除原料气。

天然气，是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。

它主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。

天然气天然气，是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。

纯天然气含:CH4(98%) C3H8(0.3%) C4Hm(0.3%) CmHn(0.4%) N2(1.3%)，低发热值为（36220KJ/Nm3).在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。

天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40%左右，产生的二氧化硫也很少。

天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较于煤炭、石油等能源具有使用安全、热值高、洁净等优势。

从广义的定义来说，天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈中各种自然过程形成的气体。

而人们长期以来通用的“天然气”的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中。

天然气又可分为伴生气和非伴生气两种。

伴随原油共生，与原油同时被采出的油田气叫伴生气；非伴生气包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种，在地层中都以气态存在。

凝析气田天然气从地层流出井口后，随着压力和温度的下降，分离为气液两相，气相是凝析气田天然气，液相是凝析液，叫凝析油。

依天然气蕴藏状态，又分为构造性天然气、水溶性天然气、煤矿天然气等三种。

而构造性天然气又可分为伴随原油出产的湿性天然气、不含液体成份的干性天然气。

天然气管道天然气与石油生成过程既有联系又有区别：石油主要形成于深成作用阶段，由催化裂解作用引起，而天然气的形成则贯穿于成岩、深成、后成直至变质作用的始终；与石油的生成相比，无论是原始物质还是生成环境，天然气的生成都更广泛、更迅速、更容易，各种类型的有机质都可形成天然气——腐泥型有机质则既生油又生气，腐植形有机质主要生成气态烃。

天然气制氢工艺现状及发展随着能源问题日益突出，氢能作为一种清洁、高效的新能源逐渐成为国内外关注的焦点。

而天然气作为一种广泛应用的化石能源，能否转化为氢能源，也成为了研究的热点之一。

本文就天然气制氢工艺的现状及发展进行探讨。

一、天然气制氢工艺现状1. 水蒸气重整法水蒸气重整法是目前天然气制氢的主要工艺之一，其基本原理是将天然气和水蒸气在高温下反应，生成氢气和一定量的二氧化碳。

该工艺具有工艺简单、产氢量大等优点，但同时也存在着能耗高、生产成本较高等缺点。

目前，该工艺已在国内外得到广泛应用。

2. 甲烷裂解法甲烷裂解法是一种新型的天然气制氢工艺，其原理是将天然气在高温下分解为氢气和固体碳。

该工艺具有产氢效率高、反应速度快等优点，但同时也存在着设备复杂、生产成本较高等缺点。

目前，该工艺正在逐步发展和完善。

3. 部分氧化法部分氧化法是将天然气和氧气在高温下反应，生成氢气和一定量的一氧化碳。

该工艺具有反应速度快、产氢量大等优点，但同时也存在着氧气的使用成本高、反应产物中含有一氧化碳等缺点。

目前，该工艺已在国内外得到广泛应用。

二、天然气制氢工艺发展趋势1. 提高产氢效率目前，天然气制氢的工艺效率相对较低，需要消耗大量的能源和化学原料。

因此，提高产氢效率是未来天然气制氢工艺发展的重要方向。

例如，采用新型催化剂、优化反应条件等方法，可有效提高产氢效率。

2. 降低生产成本天然气制氢的生产成本相对较高，这也成为了其应用和推广的难点。

因此，降低生产成本是未来天然气制氢工艺发展的另一个重要方向。

例如，采用新型催化剂、优化反应条件、提高设备利用率等方法，可有效降低生产成本。

3. 推广应用天然气制氢虽然具有广阔的应用前景，但目前在实际应用中仍存在着一定的技术和经济难度。

因此，推广应用是未来天然气制氢工艺发展的又一个重要方向。

例如，加强技术研发、完善政策支持等措施，可有效推广应用天然气制氢工艺。

结语总之，天然气制氢工艺的发展具有重要的战略意义，对于推动能源转型和保障能源安全具有重要作用。

天然气，是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。

它主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。

天然气天然气，是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。

纯天然气含:CH4(98%) C3H8(0.3%) C4Hm(0.3%) CmHn(0.4%) N2(1.3%)，低发热值为（36220KJ/Nm3).在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。

天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40%左右，产生的二氧化硫也很少。

天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较于煤炭、石油等能源具有使用安全、热值高、洁净等优势。

从广义的定义来说，天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈中各种自然过程形成的气体。

而人们长期以来通用的“天然气”的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中。

天然气又可分为伴生气和非伴生气两种。

伴随原油共生，与原油同时被采出的油田气叫伴生气；非伴生气包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种，在地层中都以气态存在。

凝析气田天然气从地层流出井口后，随着压力和温度的下降，分离为气液两相，气相是凝析气田天然气，液相是凝析液，叫凝析油。

依天然气蕴藏状态，又分为构造性天然气、水溶性天然气、煤矿天然气等三种。

而构造性天然气又可分为伴随原油出产的湿性天然气、不含液体成份的干性天然气。

天然气管道天然气与石油生成过程既有联系又有区别：石油主要形成于深成作用阶段，由催化裂解作用引起，而天然气的形成则贯穿于成岩、深成、后成直至变质作用的始终；与石油的生成相比，无论是原始物质还是生成环境，天然气的生成都更广泛、更迅速、更容易，各种类型的有机质都可形成天然气——腐泥型有机质则既生油又生气，腐植形有机质主要生成气态烃。

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（CO2），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CO2，最后进行混合气体净化、分离、氢气提纯、尾气处理等工序，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。

天然气制氢工艺现状及发展1.简介天然气是一种传统的能源资源，被广泛应用于能源供应和工业生产中。

然而，随着环境问题的日益突出和可再生能源的发展，天然气制氢工艺成为了人们关注的焦点。

本文将介绍天然气制氢工艺的现状及其发展方向。

2.天然气制氢工艺现状目前，天然气制氢的主要工艺是热裂解法和催化裂解法。

2.1热裂解法热裂解法是通过在高温下将天然气加热分解，生成氢气和固体副产物。

这种方法可以单独使用或与其他工艺结合，如气体再生循环和碳捕获。

热裂解法具有高效能的特点，但其能耗和成本较高，同时也产生大量的二氧化碳。

2.2催化裂解法催化裂解法是在适当催化剂的作用下，将天然气分解为氢气和一氧化碳。

该方法相对于热裂解法具有更低的温度和能量消耗，同时产生的副产品也较少。

然而，催化裂解法的催化剂稳定性、寿命和选择性等问题仍然需要解决。

3.天然气制氢工艺的发展趋势3.1智能化和自动化随着科技的发展，天然气制氢工艺将趋向于智能化和自动化。

通过使用先进的控制系统和自动化设备，可以实现无人值守的生产过程，并提高工艺的稳定性和效率。

3.2氢气储存和运输技术的改进天然气制氢工艺不仅需要在生产环节有所突破，还需要解决氢气的储存和运输问题。

当前的氢气储存技术包括液化和高压气体储存，但都存在能耗高和安全隐患大的问题。

因此，未来的发展方向可能会集中在新型储氢材料和技术的研究上，以提高储氢效率和安全性。

3.3能源转型和碳中和天然气制氢工艺将成为未来能源转型和碳中和的重要组成部分。

随着全球对于碳排放的限制越来越严格，天然气制氢可以借助碳捕获和储存技术来减少二氧化碳的排放，并以清洁能源的形式应用于燃料电池、氢能源和化工等领域。

4.结论天然气制氢工艺目前主要有热裂解法和催化裂解法两种工艺，但都存在一定的局限性。

未来的发展方向将集中在智能化和自动化、氢气储存和运输技术的改进，以及能源转型和碳中和方面。

这些发展将推动天然气制氢工艺向更高效、可持续和环保的方向发展。

煤炭与化工Coal and Chemical Industry第43卷第11期2020年11月Vol.43 No. 11Nov. 2020化工工艺与工程天然气制氢技术进展及发展趋势陈英杰(晋煤金石化工投资集团有限公司，河北石家庄050099)摘要：基于国家优化能源结构、高质量发展清洁能源的发展要求，对氢能源的制取方法进行了介绍，探讨了天然气制氢技术研究的进展情况，并重点对蒸汽重整、部分氧化、CO?重整、催化裂解等技术的反应机理、技术优势和弊端进行了分析，指出了天然气制氢技术亟待解决的问题和发展趋势。

分析结果表明，部分氧化制氢技术、自热重整制氢技术的反应机理 仍不能完全明确，需深入进行实验室热力学和动力学研究以明确反应机理；镇基催化剂的抗积碳能力、反应活性和稳定性也是实验室的研究重点，需在工业化运行中积累经验不断优化。

关键词：清洁能源；氢能源；天然气制氢；蒸汽重整；自热重整；部分氧化；镰基催化剂中图分类号：TQ116.2+5 文献标识码：A 文章编号：2095-5979 ( 2020 ) 11-0130-04Technical progress and development trend ofhydrogen production from natural gasChen Yingjie(Jinche ng A nthracile Jins h i Chemical Industry Iruvestment Group Corporation LuL, Shijiazhuang 050099, China )Abstract : Based on the development requirements of the national optimization of energy structure and high quality development of clean energy, the preparation methods of hydrogen energy were introduced, the development trend?ofhydrogen production from natural gas was discussed, the reaction mechanism, technical advantages and disadvantages o£steam reforming, partial oxidation, CO2 reforming and catalytic cracking were analyzed mainly, and the problems to besolved and the development trend of hydrogen production from natural gas were pointed out. The analysis results show that the reaction mechanism of partial oxidation hydrogen production and autothermal reforming hydrogen production is still notentirely clear, so the laboratory studies on the kinetics and thermodynamics are desperately needed in order to clear thereaction mechanism; the ability of carbon deposition resistance, reactivity and stability of nickel-based catalysts are also the focus of laboratory research, which should be continuously optimized by accumulating experience in industrial operation.Key Words : clean energy; hydrogen energy; hydrogen production from natural gas; steam reforming; autothermal reforming;partial oxidation; nickel-based catalyst0引言能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础, 在国民经济中占有至关重要的地位。

天然气制氢及工艺原理
利用天然气制氢，存在成本低，规模效应等优点，研究和开发更为先进的天然气制氢新工艺技术是解决廉价氢源的重要保证。

天然气作为优质、洁净的工业能源，在我国能源发展过程中具有重要的战略原料，同时也是众多化工次产品的基础原料。

天然气制氢的选择理论分析
氢作为一种二次化工产品，在医药、精细化工、电子电气等行业具有广泛的用途。

特别是氢作为燃料电池的首选燃料，在未来交通和发电领域将具有广阔的市场前景，在未来能源结构中将占有越来越重要的位置，采用传统制氢的方法，如轻烃水蒸气转化制氢，水电解制氢，甲醇裂解制氢，煤汽化制氢，氨分解制氢等，技术相对成熟，但是，存在成本高，产出率低，人工效率低等，一高两低的问题。

辽河油田在油气生产过程中，有干气，石脑油等烃类资源伴生，采用此类方法生产氢可以实现资源的利用率最大化，而且伴生天然气的主要成分是甲烷，利用烃类蒸汽转化即可制成氢，且生产纯度高，生产效率高。

天然气制氢工艺原理
天然气的主要加工过程包括常减压蒸馏、催化裂化、催化重整和芳烃生产。

同时，包括天然气开采，集输和净化，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
和水蒸气发生化学反应。

转化气经过费锅换热，进入变换炉使CO变成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三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，降压解析放出杂质并使吸附剂得到再生。

天然气制氢技术研究进展随着全球对清洁能源需求的不断增长，氢能作为一种无污染、高效的能源形式，正日益受到人们的。

氢气的制备是氢能利用的关键环节之一，其中天然气制氢技术因具有原料丰富、成本低廉、易于运输等优点而备受。

本文将综述近年来天然气制氢技术的研究现状、关键技术和研究方法，以期为相关领域的研究提供参考。

研究现状天然气制氢技术的主要方法包括蒸汽重整、部分氧化、热分解和自热重整等。

其中，蒸汽重整是最常用的方法，约占总产氢量的70%以上。

该方法是将天然气与水蒸气在高温下反应，生成氢气和二氧化碳。

部分氧化方法是在较低的温度下，通过天然气与氧气不完全燃烧制备氢气。

热分解方法则是将天然气在高温下裂解生成氢气和碳纳米管。

自热重整方法则通过天然气与自身反应，在较低的温度下制备氢气。

每种方法均有其优缺点，需要根据具体应用场景进行选择。

关键技术1：蒸汽重整蒸汽重整是天然气制氢技术的核心，其主要原理是将天然气与水蒸气在高温下进行反应，生成氢气和二氧化碳。

具体流程为：天然气经过预处理后，与水蒸气在加热的催化剂作用下进行反应，生成氢气和二氧化碳，再经过分离提纯得到高纯度氢气。

该方法具有较高的氢气产率和纯度，但能耗较高，且催化剂易受硫、氮等杂质影响。

关键技术2：自热重整自热重整是一种新型的天然气制氢技术，其主要原理是利用天然气与自身反应，在较低的温度下制备氢气。

具体流程为：天然气经过预处理后，进入自热重整反应器，与自身在催化剂作用下进行反应，生成氢气、一氧化碳和碳纳米管。

该方法具有较低的操作温度和较好的能源利用效率，但催化剂易受碳沉积和硫、氮等杂质影响。

研究方法研究天然气制氢技术的主要方法包括文献调研、案例分析、实验研究和数值模拟等。

文献调研可以了解国内外的研究现状和发展趋势；案例分析可以深入剖析不同工艺路线的优缺点和应用场景；实验研究可以探究不同工艺条件下的制氢效果和影响因素；数值模拟可以预测不同操作条件下的制氢性能和优化工艺流程。

天然气制氢原理
天然气制氢是一种通过利用天然气和水来产生氢气的技术。

该技术基于以下原理：首先，天然气中的甲烷(CH4)与空气中的
氧气（O2）发生燃烧反应，生成二氧化碳（CO2）和水蒸气（H2O）：CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O。

燃烧过程需要一定的
能量供应。

然后，利用水蒸气与热能参与催化剂的反应，通过水蒸气重组反应（steam reforming）将甲烷转化为氢气和一氧化碳（CO），反应方程式如下：CH4 + H2O → CO + 3H2。

该反应需要在高
温（800°C - 1000°C）和催化剂的作用下进行。

一氧化碳可以
通过进一步反应转化为二氧化碳。

最后，通过一系列的纯化和分离过程，将得到的氢气从产生的其他气体和杂质中分离出来。

这包括水蒸气的冷凝、炭层吸附（adsorption）、膜分离等方法。

最终产生的高纯度氢气可以
用于各种应用，如燃料电池、化学工业和液化石油气加氢等。

通过天然气制氢技术，可以利用天然气丰富的资源，高效地产生氢气作为清洁能源。

相比传统的矿石法生产氢气，天然气制氢能够减少二氧化碳的排放，并提供更加环保和可持续的能源选择。

天然气制氢原理
天然气是一种重要的能源资源，而氢气作为清洁能源备受关注。

天然气制氢技术是一种将天然气中的甲烷转化为氢气的重要方法。

本文将介绍天然气制氢的原理及其相关技术。

首先，天然气制氢的原理是利用甲烷重整反应或部分氧化反应将天然气中的甲烷转化为氢气。

在甲烷重整反应中，甲烷与水蒸气在催化剂的作用下发生反应，生成一氧化碳和氢气。

而在部分氧化反应中，甲烷与氧气在催化剂的作用下部分氧化生成一氧化碳和氢气。

这两种反应都是在高温高压条件下进行的。

其次，天然气制氢的技术包括重整技术、部分氧化技术和燃料电池技术。

重整技术是将天然气中的甲烷与水蒸气在催化剂的作用下发生反应，生成一氧化碳和氢气。

部分氧化技术则是将天然气中的甲烷与氧气在催化剂的作用下部分氧化生成一氧化碳和氢气。

而燃料电池技术则是利用氢气与氧气在催化剂的作用下发生电化学反应，产生电能和水。

此外，天然气制氢技术的发展还面临一些挑战，如高温高压条件下的反应条件控制、催化剂的稳定性和寿命等问题。

因此，未来的研究重点将集中在提高反应效率、降低能耗和减少环境污染等方面。

综上所述，天然气制氢技术是一种重要的清洁能源生产技术，其原理是利用甲烷重整或部分氧化反应将天然气中的甲烷转化为氢气。

随着清洁能源的需求不断增加，天然气制氢技术将会得到更广泛的应用和发展。

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。

天然气制氢的原理天然气（naturalgas），是一种易液化的混合态燃料，由主要成分甲烷（methane）、乙烷（ethane）、丁烷（propane）和更多其他微量成分组成，经过加热和压缩后，可以容易的蒸发成气体。

它颜色清澈，无色无味，所含的烃成分比汽油（gasoline）和柴油（diesel）都更少。

天然气作为一种能源，有着非常广泛的用处，因此近年来受到越来越多的关注。

在工业上，天然气多用于热力发电、聚烃及烷化反应，在一些能源消耗产业中具有重要作用，例如化学工业、钢铁工业、塑料工业等。

但是，近年来，为了节约能源，利用天然气制取氢气成为了一项重要的研究课题。

氢气（hydrogen）是目前最先进的燃料，它在发动机发动的过程中，能产生的唯一的废气就是水汽。

氢气的热值比液化石油气（LPG）高出大约二倍，而且能源利用率可高达90%以上。

氢气作为清洁无污染的节能燃料，有着很广阔的应用前景。

然而，天然气制备氢气的过程比较复杂，必须先将天然气经过清洗，以去除有毒物质，然后经过压缩，再经过加热，最后才可以分解成氢气以及比较多的碳氢化合物。

压缩、加热和分解的过程需要大量的能量，因此，无论是从经济性还是环保性考虑，它都是一种比较低效的节能形式。

为了更好地利用这种能源形式，人们开发出了一种新的技术，叫做“天然气制氢”。

这种技术旨在通过直接利用天然气中的甲烷制备氢气，以避免燃料的清洗和加热等繁琐的步骤，同时大大提高能量利用率。

研究表明，改进后的天然气制氢技术能有效减少能量损失，一般情况下，节能率可以达到20%~30%。

此外，这种技术不仅可以节约能源，而且对环境无害，只会产生水汽，所以也是一种清洁的能源形式。

总之，“天然气制氢”技术能够有效减少能量的消耗，并形成一种更清洁、更节能的能源形式。

因此，这种技术有着广阔的应用前景，也是未来可持续发展的重要一环。

天然气制氢技术及经济性分析随着全球对清洁能源的需求日益增长，氢能作为一种无污染、高效的能源形式，正逐渐受到广泛。

天然气制氢技术作为一种重要的制氢途径，在能源转型和新能源发展过程中具有重要意义。

本文将对天然气制氢技术及其经济性进行分析和探讨。

天然气制氢技术主要是通过化学反应将天然气转化为氢气。

最基本的反应过程包括天然气和水蒸气的催化转化、蒸汽重整和部分氧化等。

这些反应过程均需要催化剂的参与，常用的催化剂包括镍、铂和钯等贵金属催化剂以及一些贱金属催化剂。

在天然气制氢技术中，蒸汽重整是最常用的方法，其反应温度一般在700-1000℃之间，反应压力为1-5bar。

该方法的优点是工艺成熟、产氢量大，但也存在耗能较大、催化剂易中毒等问题。

部分氧化法相对于蒸汽重整法具有较低的能耗和较高的氢气选择性，但反应条件较为苛刻，需要高温高压条件，对设备要求较高。

对于天然气制氢技术的经济性分析，主要考虑原料成本、设备投资、运行成本、氢气售价等因素。

在原料成本方面，天然气价格相对稳定，但在设备投资和运行成本方面，蒸汽重整法由于工艺成熟、设备简单，具有较大优势。

不同地区、不同企业的氢气售价也存在差异，需结合实际情况进行考虑。

在对比不同天然气制氢技术的优缺点时，可以根据具体情况选择最合适的方法。

例如，对于产氢量大、对氢气纯度要求不高的场景，可选用蒸汽重整法；对于耗能低、规模较小的场景，可选用部分氧化法。

同时，对于不同地区和企业，也可以根据自身特点和市场需求进行选择。

经济因素对天然气制氢技术选择的影响主要体现在以下几个方面：原料成本：天然气是制氢的主要原料，其价格波动会对制氢成本产生直接影响。

在选择制氢技术时，需要考虑不同地区的天然气价格差异，以便选择具有竞争力的制氢方案。

设备投资和运行成本：不同制氢技术的设备投资和运行成本存在较大差异。

对于大型制氢项目，需要充分考虑设备投资规模和运行维护成本；对于小型项目，则需要考虑设备机动性和适应性。

天然气制氢工艺现状及发展目前，常用的天然气制氢工艺有蒸汽重整法、自热蒸汽重整法、部分氧化法和电解法。

1.蒸汽重整法：这是最常见的天然气制氢工艺。

在高温和催化剂的作用下，将天然气与蒸汽进行重整反应，生成一氧化碳和氢气的混合气体。

然后使用水蒸汽转变反应将一氧化碳转变为二氧化碳，最终得到纯净的氢气。

这种工艺具有成熟的技术和设备，能够高效地制取氢气。

但同时会产生大量的二氧化碳。

2.自热蒸汽重整法：这种方法在蒸汽重整法的基础上进行了改进。

为了提高能源利用效率，蒸汽重整反应中产生的热能被充分利用，用于支持反应过程中所需的热能，从而减少外部能源的消耗。

这种工艺能够更高效地制取氢气，减少二氧化碳的排放。

3.部分氧化法：部分氧化法是将天然气与氧气进行部分氧化反应，生成一氧化碳和氢气的混合气体。

然后通过水蒸气转变反应将一氧化碳转变为二氧化碳，得到纯净的氢气。

与蒸汽重整法相比，这种工艺可以使得工艺过程更加简单，但二氧化碳的排放量较大。

4.电解法：电解法是通过电解水来制取氢气，而不是利用天然气作为原料。

这种工艺可以实现零排放，得到高纯度的氢气，不涉及燃烧和化学反应。

但电解法的能耗较高，需要大量的电力支持，目前主要在可再生能源发电方面应用较多。

随着氢能经济的快速发展和对清洁能源的需求增加，天然气制氢工艺也在不断发展。

一方面，各种传统的工艺不断优化和改进，以提高能源利用率、减少二氧化碳排放量、降低成本等方面进行突破。

另一方面，还出现了一些新的工艺和技术路线，如甲烷脱氢工艺、光电催化制氢技术等。

这些新的工艺具有能耗低、成本低、环境友好等优势，具有较大的应用潜力。

总体而言，天然气制氢工艺在能源转型和清洁能源领域扮演着重要角色。

未来的发展方向主要是提高工艺的能源利用效率，减少二氧化碳的排放量，降低制氢成本。

同时，也需要加大对新技术和新工艺的研究和开发，以满足不同领域对氢气的需求，促进氢能在能源领域的应用。

天然气制氢技术及经济性分析摘要：天然气制氢技术的研究背景可以追溯到对氢能源的广泛关注和需求增加。

氢能源作为一种清洁、高效、可再生的能源形式，被视为未来能源体系的重要组成部分，具有潜力推动能源转型和减缓气候变化。

然而，氢气在自然界中并不常见，通常需要通过特定的技术手段进行生产。

天然气制氢技术是指利用天然气作为原料，通过化学反应将其转化为氢气的过程。

天然气中丰富的甲烷成分可用作制氢的主要原料。

天然气制氢技术可以与可再生能源相结合，利用可再生能源发电产生的电力来驱动制氢过程，实现绿色、可持续的氢气生产。

制氢技术可以将电能转化为氢气储存起来，随后在需要时再转化为电能供应，解决可再生能源波动性和间断性的问题，促进能源的高效利用。

天然气制氢技术可以提供代替传统燃料的清洁能源选择，将氢气应用于燃料电池车辆、工业生产等领域，减少对化石燃料的依赖，降低碳排放和空气污染。

综上所述，天然气制氢技术的研究背景主要基于对氢能源的需求和可再生能源的发展，旨在开发可持续、高效的氢气生产方法，推动能源转型和可持续发展。

关键词：氢能;制氢技术;天然气制氢;技术经济性;1 天然气制氢技术的概述天然气制氢技术是一种利用天然气作为原料，通过化学反应将其转化为氢气的技术。

天然气中主要含有甲烷(CH4)这一丰富的成分，因此天然气成为制氢的重要原料之一。

天然气制氢的主要过程包括蒸汽重整、部分氧化和自热重整等。

其中，蒸汽重整是最常用的方法，它通过在高温和高压下，将天然气与蒸汽反应，产生氢气和一氧化碳。

部分氧化方法则是在缺氧条件下，将天然气与氧气反应，生成氢气和二氧化碳。

自热重整是一种结合了蒸汽重整和部分氧化的方法，利用部分氧化产生的热量来促进蒸汽重整反应。

天然气制氢技术具有以下特点和优势：高效能源转化：天然气制氢过程中，甲烷能够高效转化为氢气，产率较高。

丰富的资源：天然气作为一种广泛存在的化石燃料，具有丰富的资源储量，可以提供可靠的原料供应。

天然气制氢的基本原理及工业技术进展一、天然气蒸汽转化的基本原理1.蒸汽转化反应的基本原理天然气的主要成分为甲烷，约占90%以上，研究天然气蒸汽转化原理可以甲烷为例来进行。

甲烷蒸汽转化反应为一复杂的反应体系，但主要是蒸汽转化反应和一氧化碳的变换反应。

主反应：CH4+H2O===CO+3H2CH4+2H2O===CO2+4H2CH4+CO2===2CO+2H2CH4+2CO2===3CO+H2+H2OCH4+3CO2===4CO+2H2OCO+H2O===CO2+H2副反应：CH4===C+2H22CO===C+CO2CO+H2===C+H2O副反应既消耗了原料，并且析出的炭黑沉积在催化剂表面将使催化剂失活，因此必须抑制副反应的发生。

转化反应的特点如下：1)可逆反应在一定的条件下，反应可以向右进行生成CO和H2，称为正反应；随着生成物浓度的增加，反应也可以向左进行，生成甲烷和水蒸气，称为逆反应。

因此生产中必须控制好工艺条件，是反应向右进行，生成尽可能多的CO和H2。

2)气体体积增大反应一分子甲烷和一分子水蒸气反应后，可以生成一分子CO和三分子H2，因此当其他条件确定时，降低压力有利于正反应的进行，从而降低转化气中甲烷的含量。

3)吸热反应甲烷的蒸汽转化反应是强吸热反应，为了使正反应进行的更快、更彻底，就必须由外界提供大量的热量，以保持较高的反应温度。

4)气-固相催化反应甲烷的蒸汽转化反应，在无催化剂的参与的条件下，反应的速度缓慢。

只有在找到了合适的催化剂镍，才使得转化的反应实现工业化称为可能，因此转化反应属于气-固相催化反应。

2.化学平衡及影响因素3.反应速率及影响速率在没有催化剂的情况时，即使在相当高的温度下，甲烷蒸汽转化反应的速率也是很慢的。

当有催化剂存在时，则能大大加快反应速率；甲烷蒸汽转化反应速率对反应温度升高而加快，扩散作用对反应速率影响明显，采用粒度较小的催化剂，减少内扩散的影响，也能加快反应速率。