制氢技术比较及分析报告.doc

制氢技术综述 &制氢技术路线选择
一、工业制氢技术综述
工业制氢方案
工业制氢方案很多，主要有以下几类：
化石燃料制氢：天然气制氢、煤炭制氢等。
富氢气体制氢：合成氨生产尾气制氢、炼油厂回收富氢气体制氢、***碱厂回收副产氢制氢、焦炉煤气中氢的回收利用等。
甲醇制氢：甲醇分解制氢、甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇部分氧化制氢、甲醇转化制氢。
水解制氢：电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解 、高温电解、
光电
解、生物光解、热化学水解。
生物质制氢。
生物制氢。
工业制氢方案对比选择
煤炭制氢制取过程比天然气制氢复杂，得到的氢气成本也高 。
由于生物制氢、生物质制氢和富氢气体制氢等方法制取的氢气杂质含量高、纯度较低，不能达到 GT等技术提供商的氢气纯度要求。
国内多晶硅绝大多数都采用的是水电解制氢，只有中能用的是天然气 制氢，而国外应用的更多是甲醇制氢， 因此， 我们重点选择以下三类方案进行对比：
天然气制氢
甲醇制氢
水电解制氢
制氢种类
制氢方法
特点
天然气制氢
天 然 气 水 蒸 汽 重整制氢
需吸收大量的热，制氢过程能耗高，燃料成本占生产成本的 52－ 68％；
反应需要昂贵的耐高温不锈钢管作反应器；
水蒸汽重整是慢速反应，因此该过程制氢能力低，装置规模大和 投资高。
天 然 气 部 分 氧 化制氢
优点：
1）廉价氧的来源； 2）催化剂床层的热点问题；
3）催化材料的反应稳定性； 4）操作体系的安全性问题
缺点：因大量纯氧增加了昂贵的空分装置投资和制氧成本
天然气制氢
天 然 气 自 热 重 整制氢
同重整工艺相比，变外供热为自供热，反应热量利用较为合理；
其控速步骤依然是反应过程中的慢速蒸汽重整反应；
由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应分步进行，因此 反应器仍需耐高温的不修锈钢管做反应器，这就使得天然气自热重 整反应过程具有装置投资高，生产能力低。
天 然 气 绝 热 转 化制氢
大部分原料反应本质为部分氧化反应，控速步骤已成为快速部分 氧化反应，较大幅度地提高了天然气制氢装置的生产能力。
该新工艺具有流程短和操作单元简单的优点， 可明显降低小规模现场制氢装置投资和制氢成本。
天 然 气 高 温 裂 解制氢
天然气经高温催化分解为氢和碳。其关键问题是，所产生的碳能够 具有特定的重要用途和广阔的市场前景。否则，若大量氢所副产的 碳不能得到很好应用，必将限制其规模的扩大。
天然气部分氧化制氢因需要大量纯氧增加了昂贵的空分装置投资和制氧成本。
天然气自热重整制氢由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应 分步进行， 因此反应器仍需耐高温的不修锈钢管做反应器， 这就使得天然气自热重整反应过程具有装置投资高，生产能力低的特点。
天然气绝热转化制氢大部分原料反应本质为部分氧化反应。
天然气高温裂解制氢其关键问题是，所产生的碳能够具有特定的重要
用途和广阔的市场前景。 否则，若大量氢所副产的碳不能得到很好应用， 必将限制其规模的扩大。
天然气水蒸汽重整制氢，该工艺连续运行 , 设备紧凑 , 单系列能力较大, 原料费用较低。
因此选用天然气水蒸汽重整制氢进行方案对比。
制氢种类 制氢方法 原理
特点
甲醇分解 CH3OH→ CO+2H2 △ H298 1. 合成甲醇的催化剂均可用作其分解催化剂， 其中
制氢
＝
以铜基催化剂体系为主；
2. 该类催化剂对甲醇分解显示出较好的活性和选择性，且催化剂在受热时有较好的弹性形变；
3. 在高温下，反应速率加快，易分解成
CO和氢。
甲醇水蒸 CH3OH＋ H2O→ CO2 ＋ 3H2 1. 该工艺以来源方便的甲醇和脱盐水为原料；
汽重整制 △ H298＝
2. 在 220～ 280℃下，专用催化剂上催化转化为组成
氢
为主要含氢和二氧化碳转化气；
甲醇制氢
3. 甲醇的单程转化率可达 99%以上，氢气的选择性高于 %, 利用变压吸附技术，可以得到纯度为
%的氢气，一氧化碳的含量低于 5ppm。
甲醇部分 CH3OH＋ 1/2O2→ 2H2＋ CO2 1. 甲醇部分氧化法制氢的优点是放热反应， 反应速
甲醇制氢
氧化制氢
△ H298

＝
－
度快，反应条件温和，易于操作、启动；
2. 缺点是反应气中氢的含量比水蒸气重整反应低，
由于通入空气氧化