氢能源行业专题报告：氢的制取.pdf

氢能源行业专题报告：氢的制取。核心结论。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。据中国氢能联盟，氢能产业发展初期，增量侧，将 以工业副产氢就近供给为主；中期（2030 年），将以可再生能源发电制氢、煤制 氢等大规模集中稳定供氢为主；远期（2050 年），将以可再生能源发电制氢为主。

煤气化过程中碳与水蒸气反应产生 H2，该反应为煤化工制氢关键。煤的气化过程 是热化学过程。它是以煤或焦炭为原料，以氧气、水蒸气等为气化剂，在高温条 件下，通过化学反应把煤或焦炭中的可燃部分转化为气体的过程。这些反应中， 碳与水蒸气反应的意义最大，它参与各种煤气化过程，此反应为强吸热过程。气 化生成的混合气称为水煤气，水煤气的主要成分为 CO 和 H2。

天然气水蒸气转化过程中甲烷与水蒸气反应产生 H2，该反应为天然气制氢关键。 目前工业上由天然气制合成气的技术主要有蒸汽转化法和部分氧化法。其中，蒸 汽转化法为天然气制合成气的技术的主要方法。蒸汽转化法是在催化剂存在及高 温条件下，使甲烷等烃类与水蒸气反应，生成 H2、CO 等混合气，该反应为强吸 热反应，需要外界供热。此法技术成熟，目前广泛应用于生产合成气、纯氢气和 合成氨原料气。

工业副产氢主要分为：煤干馏副产氢；烃类热裂解副产氢；氯碱工业副产氢。煤 干馏是在隔绝空气条件下加热煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气（H2 和 CH4）的过程。烃类热裂解法是将石油系烃类燃料经高温作用，使烃类分子发 生碳链断裂或脱氢反应，生成相对分子质量较小的烯烃、烷烃和其他相对分子质 量不同的轻质和重质烃类。氯碱副产氢气，品质高，直接适用于氢燃料电池使用。 采用氯碱—氢能—绿电自用新模式，可直接节约电解用电量的 1/4 左右。

电解水制氢技术未来将成为主流。碱性水电解，质子交换膜电解和固体氧化物电 解是目前电解水制氢的三种技术方法。而低温技术下，碱水制氢和 PEM 具备较 高的技术成熟度，高温 SOE 技术仍处于实验室阶段。碱水制氢使用浓缩碱液作为 电解质，需要将产物气体分离，以防止产物气体混合。PEM 使用润湿聚合物膜作 为电解质，贵金属如铂和铱的氧化物作为电催化剂。SOE 技术是将气态水被转化 为氢气和氧气，且反应温度在 700℃到 900℃之间。