氢气的制备

       氢能具有能量密度大、无毒无味无腐蚀、安全稳定、便于存储和运输等优点, 同时具备碳零排放特性,燃烧值高, 通过燃料
电池容易实现氢-电转换, 绿色制氢还可消纳太阳能和风能发电间歇式、状态高低起伏不定的不足. 氢能作为一种清洁可再生能
源受到越来越多的关注, 已经为世界上许多国家和油气公司所青睐.在碳零排放声浪高涨的当下, 这种具备碳零排放“天性”的氢
能源必然更受推崇

       氢能产业包含制氢、氢分离、储运、应用等环节, 本文围绕这几个关键环节进行讨论.目前有多种制氢的方法, 大体可以分
为化学原料制氢。含氢尾气副产氢回收、高温分解制氢、电解水制氢、其他方法制氢等5大类, 并经过变压吸附、低温吸附、
钯膜扩散法、金属氢化物等方法分离提纯获得所需要纯度的氢气, 如图1所示.图2显示了世界纯氢和混氢生产的年度变化. 纯氢
是经过了分离和纯化的氢气, 混氢则含有一定量的伴生气体, 且未经分离和提纯. 纯氢生产主要用于石油化工、氨合成、燃料电
池等, 混氢主要用于甲醇合成、直接还原铁生产以及其他领域. 2018年, 全球纯氢生产量为7400万吨, 混氢生产量为4200万吨,
合计11600万吨.氢气的制备是氢能产业的基础, 扩大制氢规模、降低成本和减少CO2排放是今后努力的方向.在氢能产业发展
初期, 我国宜依托化工生产过程的氢气或副产氢作为主供氢源, 以节省制氢投资, 降低成本, 助力氢能产业起步. 图3是不同制氢
方法的氢气价格与主要原材料价格关系[13]. 电解水制氢的氢气价格随着电价从13元/kg增长到46元/kg, 增幅约2.5倍, 采用廉价
的电力制氢成本与煤炭和天然气制氢成本相当,具有相当的竞争优势.电解水成本高, 但不依赖化石原料, 可以降低碳排放, 甚至
实现碳零排放, 是今后的发展方向.碱性水电解的最大优势是规模大、成本低, 系统的特点是装机投资低、规模灵活, 国内最大制
氢规模可到10000Nm3/h,国外最大制氢规模可到30000Nm3/h. PEM水电解池可采用零间隙结构, 电解池结构紧凑、体积小, 欧
姆极化作用降低, 其电解槽运行电流密度通常是碱性水电解槽的4倍以上, 工作压力可达3.5 MPa以上, 效率高、气体纯度高、能
耗低, 安全可靠性大大提高, 被公认为电解水制氢领域有良好发展前景的先进技术.