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。在环保方面，焦炉气制氢利用的虽然是炼焦的副产物，但无法去除其中的污染物，而天然气制氢依然需要化石燃料作为原料。相比之下，甲醇重整制氢具有投资低、建成快、无污染等特点，并且甲醇作为原料可以更为灵活，但甲醇重整制氢难以进行大规模的制氢。

从经济性上看，制氢的成本很大程度上取决于原料的成本，随原料价格的波动非常明显。就目前的原料价格水平看，焦炉气制氢和天然气制氢成本更低，但是如应用在燃料电池上，还需要额外投入加氢站、氢罐、运输等成本。而甲醇重整制氢可以直接与燃料电池组合，无需高价建造加氢站与氢罐。

非民用天然气价格目前正在逐步市场化，2015年11月18日，国家发改委宣布降低非居民用天然气门站价格，每立方米下调0.7元。目前非民用天然气价格大约在2.7至3.0元/m3，制氢成本大约在1.5-1.7元/km3。而焦炉气是焦化企业炼焦过程中产生的副产品，原先都是在作为燃料燃烧后高空排放，现在用于化工原料时价格一般均低于0.4元/m3，因此焦炉气制氢成本可以低于1.39元/km3，较天然气制氢成本更低。2016年6月，甲醇的平均价格为1860元/t，因此制氢成本为1.37元/km3。就目前各种原料的价格来看，甲醇重整制氢的经济性较为显著。

综合目前工业制氢气方式的优劣势及成本考虑，甲醇重整制氢具有以下３个优点：

（１）制氢原料来源广泛且价格低廉，甲醇作为一种常见的化工原料，既可从化石资源中制得，又可从生物质（一切直接或间接利用绿色植物光合作用形成的有机物质）中制得；

（２）氢元素利用率高，甲醇分子式为ＣＨ３ＯＨ，含氢量高，能量密度高，氢气的产率高；

（３）制氢装置简单，甲醇便于储存和运输，可以做成组装式或可移动式的甲醇制氢装置。