夏雨 张宇
大庆中蓝石化有限公司 黑龙江 大庆 163713
摘要：近些年，我国科技水平迅速发展，工业制氢技术也有了很大进步。通过对制氢技术的现状分析，了解目前我国制氢技术的发展前景。要想推动制氢技术快速发展，我国需加大支持力度，加强国内外研究院之间的研发合作，最大化开发和投入制氢技术，使制氢技术在当今社会快速发展。
关键词：制氢技术；现状；发展前景
引言
氢能作为一种清洁的二次能源正在世界范围内掀起一场能源革命，同时我国的资源现状导致一次能源进口依存度较高，不利于我国的能源安全。而氢能作为一种来源广泛的二次能源，制备手段多样且可以做到清洁低碳，是我国实现能源自主安全可控的希望。
一方面，传统工业用氢市场不断扩充;另一方面，氢燃料电池产业的兴起也进一步扩大了氢能消费市场，巨大的氢气需求对氢能产业链中的制氢环节提出了当务之急要解决的两点问题:经济性和规模化。当前主流的制氢路线有工业副产氢、化石能源制氢以及水电解制氢。结合工程经验，本文依据以上几大制氢路线的固有特性展开分析，研究其在我国氢能产业发展的不同阶段所承担的历史责任。
1新能源制氢技术的发展现状
化学链制氢技术最早是在1983年德国科学家Richter和Knoche二人首次提出的化学链燃烧概念，经过后期的研究使其与蒸汽铁法制氢相结合形成现在的化学链制氢技术。所谓化学链制氢技术就是通过燃料反应器、蒸汽反应器以及空气反应器这三个反应器组成的。整个制作过程就是通过烃类水蒸气反应生成二氧化碳及氢气。目前，我国化学链制氢技术的主要燃料是天然气，相对于水蒸气重整制氢来说，化学链制氢技术装置简单、无需更换设备即可完成氢碳分离，污染物的排放量较低，投资少、消耗低，但在实际应用当中还是存在诸多问题有待我们解决。我国传统的制氢技术采用的都是化石原料，在生产过程中会产生大量的污染物以及二氧化碳，对环境造成严重的影响。新能源制氢技术的发展则有效的改善化石原料所带来的不良影响。制氢技术的发展现状主要通过化学链制氢技术、生物质制氢技术以及风电、光电制氢技术三方面进行分析。
生物质制氢技术使需要在1000℃以上的高温条件下，使生物质与气化剂在气化炉内进行充分反应，产生富氢燃气。而我国目前的生物质资源十分丰富，农林废弃物以及城市生活垃圾是生物质原料的主要来源，通过这些生物质原料制氢可以使其有一个良好的发展前景。生物质制氢技术主要包括生物质热裂解制氢、生物质超临界水制氢以及微生物降解制氢。生物质热裂解制氢流程简单且能够将生物质的利用率达到最高，但是在热解过程中所产生的焦油目前还在研究解决的过程当中。生物质超临界水制氢是将临界水进行热解、水解、缩合以及脱氢等一系列化学反应，从而产生各种气体。目前该技术还在试验研究的过程当中。微生物降解制氢是通过微生物降解物质从而得到氢气，主要以太阳能为输出能源，利用光合作用进行生物质分解，从而产生氢气。虽然太阳能使取之不尽，但是在实际过程中对于太阳能的转换率较低，成本较高，目前仍处于试验研究阶段。
风电、光电制氢技术有着接近零排放和氢纯度高的优点，这一制氢方式也是目前各行业重点研究的制氢技术之一。各行业正在努力采用风电、水电等可再生资源进行电解水制氢，从而解决其风、水、电的不良现象，进一步达到节约电力资源，最终实现规模化制氢的目标。目前，风电、水电制氢技术的成本仍然有些偏高，较煤制氢相比经济性较低。
2制氢技术
2.1重油部分氧化制氢
重油部分氧化工艺包括原料油与气化剂的加压、预热和混合、高温非催化部分氧化反应、高温合成气废热回收、气体产物洗涤和炭黑清除、炭黑回收及污水处理等。该过程在一定的压力下进行，可以采用催化剂，也可以不采用催化剂，这取决于所选原料与过程。催化部分氧化通常是以甲烷或石脑油为主的低碳烃为原料，而非催化部分氧化则以重油为原料，反应温度在1150～1315℃。与甲烷相比，重油的碳氢比较高，因此重油部分氧化制得的氢气主要来自蒸汽和一氧化碳，其中蒸汽贡献氢气的69%。重油是炼油过程中的一种残余物，市场价值不高，用来制氢具有一定的成本优势。此外，重油部分氧化是放热反应，重油与蒸汽的反应是吸热反应，当反应的吸热量大于放热量时，可以燃烧额外的重油来平衡热量。与天然气蒸汽转化制氢相比，重油部分氧化制氢操作温度、压力较高更容易达到平衡。缺点是重油部分氧化制氢的设备投资费用所占成本比例较大，且国际油价走高也使得原材料成本增加。此外，重油部分氧化后会有一定量的硫化物气体产生，不可避免的对环境造成一定影响。
2.2石油焦制氢技术
石油焦制氢技术是一种以焦代油实现清洁能源生产的技术，为炼厂氢资源的获取开辟了新的道路。相比于直接燃烧，石油焦气化过程可以更好的利用其自身的化学性能，采取直接燃烧的方式可以提升热能的释放量，过程中需要做好污染物的处理，充分利用好石油焦中的碳氢元素，从而获得更容易脱除的污染物质。针对硫元素的释放问题，可以采取硫磺回收的专用技术来获得高质量高纯度的硫磺产品。
3新能源制氢技术的发展前景分析
3.1风电、光电制氢技术发展潜力较大，可进行持续优化
电解水制氢技术在我国的发展时间也较长，但是进行电解水制氢技术的耗电量较大，产生氢气的成本较大，无法适用于大规模工业生产。在近几年的发展过程中，我国不断借鉴外国经验，在国内开展可再生资源的制氢技术。但这一过程投入较高，成本较大，目前并未体现出其较高的经济优势，还是处在发展的初期阶段。在建设风电设施的同时，还需要降低发电机组、风场建设成本以及运营成本，并在光伏设施中降低电池组以及多晶硅片等组件的成本，将可持续发展的新型产业链运行模式进行创新，把可再生资源进行充分的利用，减少发电成本。
3.2化学链制氢技术的核心是循环载体材料的选择与开发
与传统蒸汽重整工艺相似，对于新型化学链制氢工艺而言，Fe和Ni基催化剂/氧载体普遍易因活性物种烧结和积碳而快速失活，是开发高效稳定复合氧载体的主要挑战。针对金属氧化物对烃类转化的动力学性能差的问题，可利用外来金属进行体相掺杂与表面修饰，从而可以在实现提高氧载体表面反应的同时，对氧载体的体相氧迁移能力以及携氧能力进行调控。通过合理设计氧载体，可以控制将晶格氧输送到表面催化部位的速率，从而匹配氧载体氧化和还原速率。同时，可以改变氧载体的性质以改善其表面催化功能以及调节晶格氧物种，以使副产物的产生最小化。
结语
氢能的发展是全球实现低碳化能源转型大势所趋，也是实现我国能源安全的有力手段，氢能产业的孵化和技术的熟化是一个过程，在产业初期面对快速膨胀的市场需求，氢能产业迫切地需要一种高产稳定、价格低廉、品质纯净的氢源来支撑市场扩张的需要。随着制氢技术的不断发展，我国在对于氢气的需求以及消费方面都会有大幅度的提升，可再生能源制氢将会在未来作为化石原料制氢技术的重要补充，形成可再生燃料以及化石原料共存的局面，呈多元化的趋势发展。
参考文献
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