制氢技术
制氢技术的发展与应用前景
制氢技术的发展与应用前景近年来，随着能源需求的增长以及环境污染的日益严重，制氢技术逐渐成为人们研究和探索的方向之一。
制氢技术主要是利用水和其他化合物来制取氢气，是一种新型的源头能源，具有很高的能量密度和不会产生大气污染的特点。
随着制氢技术的发展，它的应用前景也越来越广阔。
一、制氢技术的分类及发展历程制氢技术可以分为化学法、物理法、生物法等多种类型。
其中，电解水法、化石燃料重组法、光解水法、生物制氢法等是主要的制氢技术。
早期制氢技术主要采用化石燃料重组法，但这种方法会产生大量的温室气体和环境污染，极不利于可持续发展。
因此，人们开始研究更为环保的制氢方法，如电解水法和光解水法。
这些技术不需要燃料，只需水和能量，因此不会产生任何污染物，且制氢效率更高。
生物制氢法是近年来新兴的一种制氢技术，其通过微生物等生物体来产生氢气。
这种方法具有可再生、无污染等特点，是一种非常有前景的制氢技术。
二、制氢技术的应用前景1. 能源转型与可持续发展制氢技术具有很高的能量密度，可以作为一种新型的源头能源来代替传统的化石燃料。
制氢技术不需要能源的供应，只需要水和能源，这可以极大程度地减少对能源资源的依赖。
同时，制氢技术也可以和智能电网一起应用，实现能源的动态管理，从而助力可持续发展。
2. 能源利用与减排利用制氢技术可以将太阳能和风能等可再生能源转化为氢气储存，再利用氢气发电，可以有效减少大气污染物的排放。
这种方法既可以解决能源储存问题，又可以实现清洁能源的利用，对于解决能源短缺和环境污染问题具有重要意义。
3. 新能源汽车随着全球环境污染问题日益突出，新能源汽车开始受到越来越多的关注。
制氢技术可以使车辆使用氢气作为燃料，减少二氧化碳排放，降低车辆使用成本和对石油的依赖，是一种十分环保和可持续的能源解决方案。
三、制氢技术的发展现状和未来趋势目前，制氢技术的发展已经进入了一个加速发展的阶段，特别是光解水法和生物法制氢技术，其无需外部能源的优势已经广受关注。
工业制取氢气的关键技术
工业制取氢气的关键技术根据氢气生产来源和生产过程中的碳排放情况，一般可将氢能分为灰氢、蓝氢、绿氢。
灰氢，是通过化石燃料（例如石油、天然气、煤炭等）燃烧产生的氢气，在生产过程中会有二氧化碳等排放。
目前，市面上绝大多数氢气是灰氢，约占当今全球氢气产量的95％左右。
灰氢的生产成本较低，制氢技术较为简单，而且所需设备、占用场地都较少，但是碳排放较大。
蓝氢，是将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制成。
虽然天然气也属于化石燃料，在生产蓝氢时也会产生温室气体，但由于使用了碳捕捉、利用与储存（CCUS）等先进技术，温室气体被捕获，减轻了对地球环境的影响，实现了低排放生产。
绿氢，是通过使用再生能源（例如太阳能、风能、核能等）制造的氢气，例如通过可再生能源发电进行电解水制氢，在生产绿氢的过程中，完全没有碳排放。
绿氢是氢能利用的理想形态，但受到目前技术及制造成本的限制，绿氢实现大规模应用还需要时间。
目前，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。
1 灰氢制造技术1.1媒制氢煤制氢的本质是以煤中的碳取代水中的氢，最终生成氢气和二氧化碳（CO2），其成本低，技术成熟，运用广泛。
以煤气化为例，其工艺流程是将煤炭经高温气化形成合成气，然后通过水煤气变换反应进一步将合成气中的CO 与水反应，生成氢气与CO2，最后进行混合气体净化、分离、氢气提纯、尾气处理等工序，最终得到高纯度氢气。
由于煤中含有硫等杂质，由气化和变换反应生成的氢气需要采用脱硫和脱碳技术，后用变压吸附（PSA）纯化技术制成高纯度的氢气。
脱硫和脱碳一般采用低温甲醇洗或者SelexolTM 工艺技术。
1.2天然气制氢天然气水蒸气重整制氢（SMR）目前为国内外普遍采用的天然气制氢工艺路线，和煤制氢相比，用天然气制氢产量高、加工成本较低，排放的温室气体少。
在美国和中东等地，大部分专有制氢装置采用天然气制氢，因此天然气成为国外较普遍的制氢方法，但在中国，天然气价格相对较高，因此中国大多数制氢厂通过煤气化制氢。
制氢的方法和基本原理
制氢的方法和基本原理
1. 化石燃料制氢
化石燃料制氢是一种传统的制氢方法，也是一种古老的制氢过程。
然而，它仍然依赖化石燃料，并将排放二氧化碳等温室气体。
通常用于制氢的化石燃料是天然气。
我国的天然气极度缺乏，原料利用率低，制作工艺复杂，难度大。
天然气制氢建设地点也很受天然气供应的影响。
2. 甲醇重整制氢法
甲醇蒸汽重整制氢法是20世纪80年代国外发展起来的一种制氢技术，其投资低，建成快，无排放无污染，原料可获得性高。
至今为止国内外的制氢工艺非常成熟，高度集成的技术和燃料电池发电技术，在新能源汽车、通信站等领域成功应用，应用前景非常好。
3. 工业副产品制氢
焦炉煤气是采用变压吸附工艺制氢的工艺，从焦化工业副产物焦炉煤气中提取纯氢气，其基本原理是利用固体吸附剂对气体进行选择性吸附，并且气体吸附在吸附剂上随分压的降低而降低气体混合分离和吸附剂再生的特性，达到净化制氢的目的。
4. 电解水制氢
传统的电解水也可以获得氢气，国内外利用电解水制氢的技术相对成熟，效率高，制氢过程简单。
但这种方法由于成本高，除已建成的装置外，新装置很少。
五种制氢方法
五种制氢方法制氢是指将一些化合物、水或者其他可氧化的物质转化成氢气的过程。
随着现代工业的快速发展，制氢技术也在不断创新，现在已经有了多种制氢方法。
以下将介绍其中的五种方法。
1. 蒸汽重整法蒸汽重整法是最广泛使用的制氢方法之一，其原理是将天然气或石油中的烃类物质，如甲烷、丙烷等，通过加热蒸汽反应生成氢气和二氧化碳。
这种方法操作简便，成本低廉，但也存在一些问题，如需要原料气的纯度较高，且二氧化碳的排放会对环境造成负面影响。
2. 电解水法电解水法是将水分解成氢气和氧气的方法。
在电解水过程中，将电流通过水，使水分子分解，生成氢气和氧气。
这种方法无需使用昂贵的催化剂，对环境影响小，但制氢效率较低。
3. 氨分解法氨分解法是制氢的一种高效方法。
在氨分解过程中，氨被加热到高温（700℃ - 1000℃），分解成氢气和氮气，这种方法制氢纯度较高，但需要高温条件，操作较为复杂。
4. 煤炭气化法煤炭气化法是将煤炭加热到高温，使其分解为一系列气体的方法。
在煤炭气化过程中，产生一部分氢气，这种气体经过分离、过滤等多种处理后，可以得到较为纯净的氢气。
这种方法制氢效率高，但是需要大量煤炭资源，会对环境造成较大的负面影响。
5. 光电水裂解法光电水裂解法是制氢的一种新技术，该方法利用太阳能将水分解为氢和氧气。
光电水裂解法克服了电解水过程中电极化和能量损失的问题，制氢效率较高，同时还能减少碳排放。
但是该技术还处于研究阶段，需要更多的实践进行验证。
综上所述，以上五种制氢方法均有各自的优缺点。
未来的制氢技术应该是集多种方法之利于一体，以提高制氢效率和纯度，减少对环境的损害。
制氢 方法
制氢方法
制氢的方法主要有以下几种：
1.水电解制氢：水电解是一种常用的制氢方法。
它使用直流电将水分解为氢气和
氧气。
这种方法的优点是产物纯净、无污染，但需要消耗大量的电能，因此成本较高。
2.天然气制氢：天然气制氢是通过天然气与水蒸气进行催化转化来制取氢气。
这
种方法的主要优点是技术成熟、设备可靠、产品纯度高，但成本较高，且产生的二氧化碳需要进行处理。
3.生物质制氢：生物质制氢是利用生物质（如农作物废弃物、木材废弃物等）进
行气化或发酵来制取氢气。
这种方法的优点是原料来源广泛、可再生，但技术尚不成熟，且产生的氢气纯度较低。
4.甲醇制氢：甲醇制氢是通过甲醇与水蒸气进行催化转化来制取氢气。
这种方法
的主要优点是产物纯度高、设备简单，但成本较高，且甲醇的生产过程会产生一定的污染。
5.光解水制氢：光解水制氢是利用太阳能光催化剂将水分解为氢气和氧气。
这种
方法的优点是环保、可持续，但技术尚不成熟，光催化剂的效率有待提高。
以上是目前常见的几种制氢方法，每种方法都有其优缺点，应根据实际需求选择合适的制氢方式。
天然气制氢技术的不同方法
几种天然气制氢技术的介绍1、天然气部分氧化制氢技术天然气氧化制氢技术和传统的蒸汽重整方法相比，其能耗相比较而言是低的，主要采用比较低廉的耐火材料堆砌反应，但是这个过程也需要纯度比较高的氧气，这也无形中增加了制氧成本和设备成本，天然气催化部分的氧化器主要是采用了高温无机陶瓷，这样能够将廉价制氧和制氢相结合。
2、自热重整制氢这个工艺流程转变了由外部供热到内部自己提供热源，对能源利用比较合理，这个过程主要是在反应产生的热量能够被其他反应需要热量所利用，实现自身供热。
这个技术的工作原理就是在反应器中耦合了一些热量，这些热量主要是天然气燃烧反应所产生，同时还可以天然气水蒸气进行反应，能够实现反应的自供热。
另外，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，这个过程仍然需要一些高端抗高温的仪器，这些仪器主要有不锈钢管，在也就增加了天然气制氢的成本，同时还有生产力低下等一下缺点。
3、高温裂解制氢技术天然气高温裂解制氢是天然气经高温催化分解为氢和碳该过程由于不产生二氧化碳，被认为是连接化石燃料和可再生能源之间的过渡工艺过程。
辽河油田对于天然气高温催化裂解制氢，广泛开展了大量研究工作，所产生的碳能够具有特定的重要用途和广阔的市场前景。
4、绝热转化制氢技术绝热转化制氢技术在当前比较先进，这种技术最大的特点就是其反应原料为部分氧化反应，能够提高天然气制氢装置的能力，可以更好地控制速度步骤。
天然气转化制氢工艺主要采用的是空气痒源，设计的含有氧分布器的反应器可解决催化剂床层热点问题及能量的合理分配，催化材料的反应稳定性也因床层热点降低而得到较大提高，天然气绝热转化制氢在加氢站小规模现场制氢更能体现其生产能力强的特点，并且该新工艺具有流程短和操作单元简单的优点，通过该工艺能够降低投资成本和制氢成本，能够提高企业的经济效益。
5、传统天然气制氢工艺传统的天然气制氢的工艺流程由原料气处理、蒸汽转化、CO变换和氢气提纯四大单元组成。
中国制氢技术的发展现状
中国制氢技术的发展现状随着我国能源消费的不断增加，环境污染问题已成为中国面临的严重难题。
与此同时，氢能作为一种不污染、可再生、高效安全的能源资源，越来越受到国内外的关注，成为未来重要能源。
制氢技术在氢能产业链中处于核心地位，在能源消费结构中也有着重要的地位。
因此，发展中国制氢技术，成为我国推进清洁能源转型以及实现可持续发展的关键之一。
一、制氢技术的研究方向1.热化学法制氢技术热化学过程是通过热反应来制取氢气，其主要流程为：化学反应——分离/干燥——还原——分离/压缩。
热化学法制氢技术主要包括以下几种：（1）高温蒸汽重整法这种方法是一种常规的、成熟的制气方法。
其主要原理是，通过在高温和高压下，将自然气或液化石油气中的甲烷分子分解为一气体组分，从而将制氢。
（2）热解法热解法是制氢技术中较为成熟的一种技术。
其主要原理是：在高温和高压下，将液体烃或者分子间氧化物进行加热和高压分解，再通过水蒸气来捕捉制氢。
（3）氧化还原法氧化还原法是一种基于金属反应的制氢方法。
其主要原理是：将过程中所用的金属加热到高温，然后将水分子加入到汽化的金属粉末中，金属表面会产生较高反应活性，水分子被氧化为氢来获得氢气。
2.电化学法制氢技术电化学过程是通过电解水来制取氢气，主要流程为：电极反应——离子传递——分离/压缩。
电化学法制氢技术主要包括以下几种：（1）碱性电解法碱性电解法是一种成熟的制氢技术，其核心是水电解反应，主要原理为在碱性条件下利用DC 电源施加电势，将水分子分解成氢和氧，然后通过分离、压缩等步骤获得纯氢气。
（2）酸性电解法酸性电解法是将酸性介质的水分子电解制氢的方法，主要原理是: 在酸性条件下，通过DC 电源施加电势，将水分子分解成氢和氧，然后通过分离和压缩等步骤获得纯氢气。
（3）膜分离法膜分离法是将功率水解氢氧化物反应的电流通过会膜隔离，其基本原理是：将电化学电流通过具有选择性通透性的人工或天然有机膜或无机膜，将水解的氢离子和氢氧离子完全分开，得到纯的氢气和氧气。
氢能制氢技术发展
氢能制氢技术发展一、电解水制氢电解水制氢是一种利用电能将水分解为氢气和氧气的制氢方法。
该方法具有较高的能效和环保性，但是需要大量的电能，因此通常需要与可再生能源相结合，如太阳能、风能等。
二、天然气重整制氢天然气重整制氢是一种利用天然气在高温高压下与水蒸气反应生成氢气和二氧化碳的方法。
该方法具有原料丰富、技术成熟、成本较低等优点，是目前应用最广泛的制氢方法之一。
三、生物质气化制氢生物质气化制氢是一种利用生物质在缺氧条件下通过气化反应生成氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体的方法。
该方法具有原料可再生、减少温室气体排放等优点，但是气化反应条件较为苛刻，需要高温高压，同时产生的气体需要进行提纯。
四、工业副产气制氢工业副产气制氢是一种利用工业生产过程中产生的副产品气体，如焦炉煤气、氯碱尾气等，经过处理后提取出其中的氢气的方法。
该方法具有降低工业废弃物的排放、提高资源利用率等优点，但是副产品气体的成分和产量受工业生产的影响较大。
五、光催化制氢光催化制氢是一种利用光能照射催化剂，使水分子分解为氢气和氧气的方法。
该方法具有环保性高、能效高等优点，但是光催化剂的效率和稳定性还有待提高。
六、热催化制氢热催化制氢是一种利用热能将某些物质（如硫化物、氮化物等）转化为氢气的方法。
该方法具有较高的能效和环保性，但是需要找到合适的催化剂和反应条件。
七、等离子体裂解制氢等离子体裂解制氢是一种利用等离子体的高温高压特性将水分子分解为氢气和氧气的方法。
该方法具有较高的能效和环保性，但是需要解决等离子体的产生和稳定性的问题。
八、核能裂变制氢核能裂变制氢是一种利用核反应产生的热能将水分子分解为氢气和氧气的方法。
该方法具有能源密度高、不产生温室气体等优点，但是需要解决核废料的处理和核安全等问题。
九、太阳能光解水制氢太阳能光解水制氢是一种利用太阳能光子的能量将水分子分解为氢气和氧气的方法。
该方法具有可再生、环保、高效等优点，但是需要解决光催化剂的效率和稳定性问题。
制氢技术比较及分析
制氢技术比较及分析氢是一种清洁的能源，被广泛认为是未来能源发展的方向。
然而，氢的制取过程以及使用后的储存和运输方式都存在着不少的技术难题。
随着科技的发展，氢的制取技术也在不断地进步。
本文将对目前主流的氢气制取技术进行比较及分析。
1. 蒸汽重整法蒸汽重整法是制氢的传统方法，也是应用最广泛的方法之一。
它是通过把烃类和水蒸气加热至高温下催化反应，生成一氧化碳和氢的混合气体。
这个混合气体再经过一系列的反应和处理得到高纯度的氢气。
蒸汽重整法的优点是工艺成熟，在实际应用中相对稳定可靠，并且使用的原材料价格相对低廉。
但是，它的缺点也很明显，主要是需要大量的能源和水。
此外，还会产生大量的二氧化碳等排放物，对环境造成一定的污染。
2. 水电解法水电解法是另一种常用的氢气制取方法。
它是将电能转化为化学能，在水中加入电能使水分解，生成氢气和氧气。
水电解法的优点是不需要任何燃料，不会产生任何二氧化碳等污染物，对环境友好。
并且，水可以循环利用，以及可以轻松地调节氢气产量。
但是，水电解法仍然存在一些问题，例如需要大量的能量投入，电能成本高昂，以及需要使用贵金属做催化剂。
3. 光电解法光电解法是一种新型的氢气制取方法，它结合了太阳能与水电解技术。
这种方法利用太阳光电转换，为水电解提供所需的电能。
目前，大多数光电解方法都是基于半导体光电催化剂实现的。
光电解法的优点是使用的原材料和能源都很丰富，不会产生任何污染物，还可以同步获得电能和氢气。
但是，光电解法还存在诸多技术难题，如光电催化剂的稳定性，以及光电元件的成本问题。
4. 生物法生物法是生物技术和化学工程的结合，通过利用特定的类固醇产生酶、菌株、细胞工程等新的生物技术，使有机物在具有生物催化剂作用下发生反应，得到氢气的方法。
生物法的优点是使用的原材料来源多样，使用的能源相对低，不会产生任何污染物。
但是，生物法的技术难度较大，在实际应用中存在一定的限制。
，不同的制氢技术都有其各自的优缺点。
制氢方法
工业制氢方法概述世界上大多数氢气通过天然气、丙烷、或者石脑油重整制得。
经过高温重整或部分氧化重整，天然气中的主要成分甲烷被分解成 H2、 CO2、CO 。
这种路线占目前工业方法的 80 %, 其制氢产率为 70 %—90 %。
烃类重整制氢技术已经相当成熟，从提高重整效率，增强对负载变换的适应能力，降低生产成本等方面考虑，催化重整技术不断得到发展，产生了不少改进的重整工艺 , 其中包括可再生重整、平板式重整、螺旋式重整、强化燃烧重整等。
煤直接液化工艺中一个重要单元就是的单元就是加氢液化，下面着重介绍几种工业上制氢工艺：一、烃类蒸汽转化法蒸汽转化法可以采用从天然气到石油脑的所有轻烃为原料。
主要利用高温下水蒸气和烃类发生反应。
转化生成物主要为氢、一氧化碳和二氧化碳。
该过程需要消耗大量的能量，只不过要脱除或分离二氧化碳是件很麻烦的事，虽然目前分离二氧化碳的方法在不断推出，如变压吸附法( PSA)、吸收法( 包括物理吸收和化学吸收法)，低温蒸馏法，膜分离法等等，然而，二氧化碳的处理仍是很费脑筋，若是直接排入大气，势必造成环境污染。
二、烃类分解生成氢气和炭黑的制氢方法该方法是将烃类分子进行热分解，产物为氢气和炭黑，炭黑可用于橡胶工业及其它行业中，同时避免了二氧化碳的排放。
目前，主要有如下两种方法用于烃类分解制取氢气和炭黑。
( 1 ) 热裂解法：将烃类原料在无氧( 隔绝空气)，无火焰的条件下，热分解为氢气和炭黑。
生产装置中可设置两台裂解炉，炉内衬耐火材料并用耐火砖砌成花格成方型通道，生产时，先通入空气和燃料气在炉内燃烧并加热格子砖，然后停止通空气和燃料气，用格子砖蓄存的热量裂解通入的原料气，生成氢气和炭黑，两台炉子轮流进行蓄热和裂解，循环操作，将炭黑与气相分离后气体经提纯后可得纯氢，其中氢含量依原料不同而异，例如原料为天然气，其氢含量可达 85 % 以上。
天然气高温热裂解制氢技术，其主要优点在于制取高纯度氢气的同时，不向大气排放二氧化碳，而是制得更有经济价值、易于储存且可用于未来碳资源的固体碳，减轻了环境的温室效应。
制取氢气的6种方法
制取氢气的6种方法
氢气制取的六种方法，具体如下：
1.水电解制氢
水电解制氢技术可靠，操作简单，维护方便，无污染，制氢纯度高。
随着水电工业和水电解制氢工艺设备的大力发展，如新隔膜、新电极的不断推出，单位体积的产气量将大大提高，其适用范围将大大提高。
特别是高温固定聚合物水电解工艺的开发应用，可能使制氢总效率达到提高更多。
2.热化学分解水制氢
采用热化学法在闭合循环中产生氢气，使水在一定的化学反应过程中在热的作用下分解。
热化学分解水在复杂的系统和多个中间反应中至少完成两个阶段。
3.光催化制氢
在光的作用下，当光催化剂存在时，水可以分解成氢和氧，所选光催化剂应在相当宽的光谱区域具有吸收光和光合再生的能力。
4.矿物燃料转化制氢
由各种矿物燃料、天然气、石油及其产品、煤制氢制成的过程非常相似。
基本过程为：碳氢化合物蒸汽转化——包括天然气、轻油等蒸汽转化；部分氧化法-原油、重油等液体的部分氧化；煤炭的转化。
5.氨分解制氢
在一定温度下，通过催化剂的氨气被分解为氮氢混合75%氢，25%氮，合成氨催化剂一般可用于催化剂。
分解后的高温混合气体通过冷却器、分离器和干燥器，每公斤液氨可生产混合气。
6.甲醇分解制氢
甲醇分解制氢装置是利用甲醇和水在催化剂上分解制氢的一种方法。
与其他制氢方法相比，具有投资成本低、运行成本低、反应条件温和等优点。
可用于化工、医药、轻工、建材、冶金等工业部门。
其缺点是甲醇价格不稳定。
当前制氢的关键技术进展、前景及建议
当前制氢的关键技术进展、前景及建议氢气制备主要技术工艺有热化学制氢和水电解制氢，其中热化学制氢技术主要有化石能源制氢及化工原料制氢。
化石能源制氢包括水煤气制氢、天然气重整制氢等，目前已经进行工业生产，技术相对成熟，但能量的产出大于投入，若用此法制氢发电，能量转换效率低，经济性差，因此传统能源制氢并非理想的制氢技术。
化工原料制氢主要有醇类裂解制氢、醇类重整制氢，如甲醇水蒸气重整制氢。
水电解制氢法即利用光伏、风电等新能源电力电解水制氢，这种制氢方式近零碳排放，可充分利用“三弃”（弃风、弃光、弃水）能源水解制氢，还可以大大降低制氢成本，是实现“绿氢”生产的重要技术环节，也是氢能领域投资的重点领域。
化石能源制氢技术虽然成熟度较高且经济性较好，但碳排放量较大，违背了氢能作为清洁能源的本质，不适合长期发展；可再生能源电力电解水制氢技术成熟，且环保性好、碳排放少，但是其制氢成本较高，可以考虑采取“三弃”能源制氢，以大幅降低制氢成本。
不同制氢技术所使用的制氢原料及制氢工艺大有不同。
一、制氢原料全球制氢技术的主流选择是化石能源制氢和化工原料制氢，这主要是由于化石能源制氢和化工原料制氢的成本较低。
此外，由于清洁性好、效率高、成本低，采用天然气重整制氢具有较大利润空间。
采用电解水制氢是当前制氢环节的研究热点，技术也较为成熟，其他新型制氢法尚未应用于大规模制氢。
从制氢原料占比来看，近期我国仍将主要采用化石能源制氢和工业副产氢+碳捕集、利用与封存（CCUS）技术（即“蓝氢”），助力化石能源制氢降低碳排放。
而随着我国可再生能源装机容量不断增大，在西北地区出现大量弃风弃光现象，如果能够将弃风弃光所发电力用于电解水制氢（“绿氢”，即采用风电、光伏等可再生能源电解水制氢），“绿氢”制取经济性也非常可观。
因此，长远来看，随着碳达峰、碳中和工作的推进，“绿氢”将成为氢能应用的主流选择。
二、制氢工艺较为成熟的技术路线有3种，即使用煤炭、天然气等化石能源重整制氢，以醇类裂解制氢技术为代表的化工原料高温分解重整制氢，以及电解水制氢；光解水和生物质气化制氢等技术路线仍处于实验和开发阶段，相关技术难以突破，尚未达到规模化制氢的需求。
主要制氢技术
目前主要的制氢技术包括以下几种：蒸汽重整法：该方法是利用天然气、石油等碳氢化合物在高温高压下，通过与水蒸汽反应，产生氢气的一种方法。
2.水电解法：将水电解成氢气和氧气，需要耗费大量电能。
这种方法可以利用可再生能源进行氢气的生产。
3.生物制氢法：利用微生物对有机物进行发酵和分解，产生氢气的一种方法。
这种方法可以利用废弃物和农业残留物等进行氢气的生产。
4.光解水法：利用光能将水分解成氢气和氧气的一种方法。
这种方法需要使用光电转换器来转换光能。
5.氢化碳法：将一些碳化合物，如煤、木材等，在高温高压下与水反应，产生氢气的一种方法。
这种方法在过去被广泛应用于氢气的生产。
根据生产方式的不同，制氢技术具有不同的优劣势和适用范围，需要根据具体情况选择。
近年来提出"灰氢"、"蓝氢"、"绿氢"氢气分类概念，它们的命名来源于其对环境的影响程度和产生方式的不同。
灰氢：指使用传统化石燃料，例如煤炭和石油，通过化石燃料重整法或煤气化等传统方法生产氢气。
由于其使用的化石燃料会产生大量的二氧化碳和其他污染物，因此被称为"灰氢"，其环境影响较大。
蓝氢：指在灰氢的基础上，利用碳捕捉、碳利用和储存（CCUS）技术，将产生的二氧化碳等温室气体捕捉和处理，使其减少对环境的影响。
因此，蓝氢的环境影响相对较小。
绿氢：指使用可再生能源（如太阳能、风能、水能等）来驱动水电解反应制氢，不产生温室气体和其他污染物，因此被称为"绿氢"，其环境影响最小。
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制氢技术方面
简述各种制氢的技术的特点和原理答：1.化石燃料制氢：制氢的物理化学基础为碳和氧气是燃烧反应，甲烷燃烧和碳氢化合物的不完全燃烧、碳与水蒸气的反应、碳与二氧化碳的反应、碳氢化合物的分解。
【1】天然气制氢技术：天然水蒸气重整制氢转化率最高，耗能耗气高，生产成本高，设备昂贵，制氢过程慢，且该过程中有大量温室气体二氧化碳的排放。
水蒸气重整制氢需要催化剂，催化剂主要有两种：非贵金属催化剂，如镍；贵金属催化剂，如铂。
通常以氧化镁为载体。
（1）天然气部分氧化制氢：甲烷的氧化反应能为氧化制氢提供热量，无需再提供热源和催化剂。
为提高转化率以及防止颗粒状的奤烟尘的生成，通常反应温度高于1300到1500摄氏度。
由于温度过高容易出现局部高温热点，易造成固体碳沉积。
所以还是需要催化剂来降低反应温度。
该催化剂主要采用金属组分负载在载体的负载型金属催化剂。
金属组分通常为镍，然而镍成本高且易造成碳沉积。
由于部分氧化制氢是放热反应，与水蒸气重整法相比反应速率更快。
部分氧化法可利用自身产生的热量，无需外界供应但转化率较低。
（2）天然气自热重整制氢：在部分氧化反应中引入蒸汽，在部分氧化过程中产生热量，在蒸汽重整中吸收热量，使放热的部分氧化重整和吸热的蒸汽重整结合，并控制放热和吸热，使其达到平衡的自热式重整法。
自热式重整法反应器内有两个区域，一个是氧化区，在该区内发生部分氧化重整，使用氧化催化剂，促使反应速率加快，反应放热也加快，热量提供给催化区内的水蒸气重整；另一个区域是催化区，发生天然气水蒸气重整，不需要外界提供热源。
该设计减少了启动热源以及启动时间。
与天然气水蒸气重整相比，自热式重整的启动和停止更加的迅速。
与部分氧化重整相比，转化率较高，可产生更多的氢气。
此外，自热重整设备相对紧凑，所以该方法具有较好的市场潜力。
（3）天然气催化裂解：甲烷在一定条件下分解成碳和氢气，为吸热反应，能耗大。
【2】煤制氢技术：煤的气化，碳和氧气生成一氧化碳，一氧化碳和氧气反应生成二氧化碳。
制氢技术介绍
制氢技术介绍制氢技术有：电解水制氢、水煤气法制氢、由石油热裂的合成气和天然气制氢、焦炉煤气冷冻制氢、电解食盐水的副产氢、酿造工业副产、铁与水蒸气反应制氢。
一、电解水制氢多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽（外形似压滤机）来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。
阳极出氧气，阴极出氢气。
该方法成本较高，但产品纯度大，可直接生产99.7%以上纯度的氢气。
这种纯度的氢气常供：1、电子、仪器、仪表工业中用的还原剂、保护气和对坡莫合金的热处理等。
2、粉末冶金工业中制钨、钼、硬质合金等用的还原剂。
3、制取多晶硅、锗等半导体原材料。
4、油脂氢化。
5、双氢内冷发电机中的冷却气等。
像北京电子管厂和科学院气体厂就用水电解法制氢。
二、水煤气法制氢用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气（C+H2O→CO+H2—热）。
净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO2（CO+H2O→CO2+H2）可得含氢量在80%以上的气体，再压入水中以溶去CO2，再通过含氨蚁酸亚铜（或含氨乙酸亚铜）溶液中除去残存的CO而得较纯氢气。
这种方法制氢成本较低产量很大，设备较多，在合成氨厂多用此法。
有的还把CO与H2合成甲醇，还有少数地方用80%氢的不太纯的气体供人造液体燃料用。
像北京化工实验厂和许多地方的小氮肥厂多用此法。
三、由石油热裂的合成气和天然气制氢石油热裂副产的氢气产量很大，常用于汽油加氢，石油化工和化肥厂所需的氢气，这种制氢方法在世界上很多国家都采用，在我国的石油化工基地如在庆化肥厂，渤海油田的石油化工基地等都用这方法制氢气。
四、焦炉煤气冷冻制氢把经初步提净的焦炉气冷冻加压，使其他气体液化而剩下氢气。
此法在少数地方采用五、电解食盐水的副产氢在氯碱工业中副产多量较纯氢气，除供合成盐酸外还有剩余，也可经提纯生产普氢或纯氢。
像化工二厂用的氢气就是电解盐水的副产。
六、酿造工业副产用玉米发酵丙酮、丁醇时，发酵罐的废气中有1/3以上的氢气，经多次提纯后可生产普氢（97%以上），把普氢通过用液氮冷却到—100℃以下的硅胶列管中则进一步除去杂质（如少量N2）可制取纯氢（99.99%以上），像北京酿酒厂就生产这种副产氢，用来烧制石英制品和供外单位用。
绿色制氢技术的
绿色制氢技术的1 绿色制氢技术的定义绿色制氢是指在生产和使用氢气的过程中，所采用的环保和可持续发展的技术。
与传统的石化氢气生产方式相比，绿色制氢技术具有低碳、低排放、高效等特点。
目前，绿色制氢技术主要包括电解水制氢、太阳能制氢、生物制氢等多种形式。
2 电解水制氢电解水制氢是利用电能把水分解成氢气和氧气，是一种绿色、环保的制氢技术。
该技术首先需要在制氢设备中加入电解池，然后通过电能的作用，将水分子分解为氢气和氧气。
该技术的优点在于能够利用可再生能源来提供电能，如太阳能、风能等。
同时，电解水制氢的能效较高，制氢的天然气和石油消耗较小，能够实现低碳、低排放的目标。
目前，电解水制氢技术已经被广泛运用于汽车、燃料电池等领域，成为绿色制氢技术的一种代表。
3 太阳能制氢太阳能制氢是指利用太阳能将水分解产生氢气。
该技术需要将太阳能转化为电能，再通过电解水的方式制氢。
该技术的优点在于能够利用太阳能源实现制氢，不会产生任何污染物，符合环保和可持续发展的要求。
目前，太阳能制氢技术已经被广泛应用于海上船舶、建筑等领域，有望成为未来制氢的重要方向之一。
4 生物制氢生物制氢是利用微生物代谢产生氢气的一种技术。
在生物制氢过程中，通过将水和有机物质一起投入反应器中，借助微生物酶的催化作用，产生氢气。
该技术采用生物体代谢的过程，可以实现无污染、高效率的制氢过程。
生物制氢技术的优点在于能够利用廉价水和可再生能源，如太阳能等，实现低成本、高效率的制氢。
同时，生物制氢技术也有一定的局限性，如微生物对环境要求较高，适用性有限等。
5 绿色制氢技术的应用前景绿色制氢技术的发展受到全球环境保护和可持续发展战略的越来越大的关注。
目前，绿色制氢已经成为全球能源政策里的热门话题，各国都在大力开展相关研究与应用。
未来，绿色制氢技术有望成为大规模取代传统能源的重要手段之一，不仅可以为交通、工业等领域提供清洁能源，还可以为环境保护和可持续发展做出贡献。
总之，绿色制氢技术的应用前景广泛，其环保、低碳、高效等特点使其受到了企业和政府部门的重视，相信在不久的将来，我们会看到更多的绿色制氢技术得到应用和推广。
核能制氢技术总结
核能制氢技术总结核能制氢技术是一种利用核能源来产生氢气的技术。
以下是对核能制氢技术的总结：1.原理：核能制氢技术主要基于两种方法，即核裂变和核聚变。
核裂变是指将重核（如铀、钚等）分裂成较轻的核，并释放出巨大能量的过程。
核聚变则是将轻核（如氘、氚等）聚合成更重的核，同样也会释放出巨大能量。
这些能量可以用来驱动水分解反应，产生氢气。
2.优势：核能制氢技术具有以下几个优势：●高能量密度：核能源具有极高的能量密度，可以在相对较小的空间中产生大量的氢气。
●持续供应：核能源可持续利用，不受自然条件的限制，能够提供长期稳定的氢气供应。
●无碳排放：核能源在产生氢气的过程中不会产生二氧化碳等温室气体，对环境友好。
3.技术挑战：核能制氢技术仍面临一些挑战：●安全性：核能源具有较高的风险，需要严格的安全措施来防止辐射泄漏和核事故的发生。
●废物处理：核能源产生的废物需要进行安全处理和储存，以防止对环境和人类健康造成危害。
●经济性：目前核能制氢技术的成本较高，需要进一步研究和发展，降低生产成本。
●应用范围受限：核能制氢技术目前主要应用于工业和能源领域，应用范围受到一定限制。
4.应用前景：核能制氢技术在未来的能源领域具有广阔的应用前景。
氢气被视为一种清洁能源，可以用于交通运输、工业用途和能源储存等方面。
利用核能制氢技术生产的氢气可以替代传统的化石燃料，减少对化石能源的依赖，促进可持续发展。
核能制氢技术是一项具有潜力的技术，可以为氢能源的发展提供可靠的供应，并对减少碳排放和保护环境做出贡献。
然而，仍需进一步研究和发展，解决其中的技术和经济挑战，以实现可持续、安全和经济高效的核能制氢。
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研究开发 Ni系 研究开发 报道很少， 高 度保密
煤气化
氨分解 肼分解 柴油自热重整
〉1000 ℃，常中 压
Fe系
成熟
研究开发 研究阶段
反应温度高，CO含量高，有硫和 氮氧化物，不宜车载
无CO，自热反应，难存储，不适 合车载 无CO，自热反应，有安全隐患， 不适合车载 自热反应，原料来源丰富，供给 方便。
三大工艺为一体，省去庞大的工艺设备。“第二代采
煤方法”
气体原料制氢
天然气水蒸气重整制氢
CH4+H2O----CO+3H2-206KJ
CO+H2O----CO2+H2+41KJ 需要吸收大量的热，反应温度为650~850度，反应管出口 温度为820度。 需要两段转化才能完成转化甲烷。
规模大，投资高。
< 800 ℃，常中压
未见报道，高 度保密
2.4 生物质制氢
生物质的利用主要有 微生物转化和热化工转化
两类，微生物主要用来生
生物质（CxHyOz）
CO2
产甲醇，乙醇及氢气。通 常是在常压常温下，通过
H2O
柴油、汽油、甲 醇等，氢气
酶的催化作用，以水为原
料，利用光能通过生物体 制氢的方法，是最有前途
国际生物质利用简况
生物质的气化 主要用途是利用气化发电和生产甲醇以及产生蒸汽。 a.奥地利约90个1MW级的区域供热站。 b.瑞典地区，26%的供热和热电联产由生物质来供应。 c.美国处领先地位，有350多座生物质发电站，装机容量 在7000MW。 生物质制取液体燃料，甲醇、乙醇、液化油等 a.加拿大用木质原料生产乙醇17万t/y， b.比利时用甘蔗生产乙醇3.2万t/y。 c.美国2000年，乙醇汽油已经达到600万t。 d.英国、荷兰、德国、奥地利、泰国、南非均已制定规 划，积极发展燃料乙醇工业。
1）氧化物体系MeO（金属Me可以是Mn,Fe, Co等） 氢生成 氧生成 3MeO+4H2O---Me3O4+H2 Me3O4---3MeO+1/2O2
2）卤化物体系（金属Me可以是Mn,Fe,Ca等。X为Cl,Br,I）
金属卤化物
卤素生成 氧生成 水解
3MeX2+4H2O---Me3O4+6HX+H2
Cu系
Cu系， ＣrZn系 Ni系 Cu系，Ni系
成熟
国外成熟，国 内研制 商业化 较成熟
外供热、CO含量高，不适合车载 制氢
地温、自热、氢含量高，CO含量 低，适合车载制氢 温度高，需净化CO，不宜车载制 氢 原料来源丰富，供给便宜，催化 剂易失活。 自热，原料来源丰富，供给便宜， 易车载制氢。 原料来源丰富，需外供热 自热，原料来源丰富，供给方便， 易车载制氢。
Me3O4+8HX----3MeX2+4H2O+X2 MeO+X2----MeX2+1/2O2 MeX2+H2O----MeO+2HX
3）含硫体系： 研究得最多的是碘-硫循环，美国、日本、法国都选择I-S
循环进行深入研究。
本生（Bunsen）反应 硫酸分解反应 氢碘酸分解反应 SO2+I2+2H2O---2HI+H2SO4 H2SO4---H2O+SO2+1/2O2 2HI---H2+I2
制氢方法 醇水蒸气重整
反应条件 300℃，常中压
催化剂 Cu系，ＣrZn系
发展现状 成熟
方法评述 外供热、氢含量高，CO含量低， 适合车载制氢
醇分解
醇自热重整 甲烷重整 烃部分氧化重 整 烃自热重整 石脑油重整 汽油自热重整
约300℃，常中压
300℃，常中压 〉800 ℃，常中 压 〉500 ℃，常中 压 < 800 ℃，常中压 < 800 ℃，常中压 < 800 ℃，常中压
新催化剂的开发，沸石和钼催化剂
6CH4----苯+9H2
液体化石原料制氢
甲醇裂解-变压吸附制氢技术 CH3OH+H2O----CO2+3H2 CH3OH----CO+2H2 CO+H2O----CO2+H2 甲醇裂解气主要是H2和CO2，其它杂质是CH4，CO及微量 CH3OH,通过变压吸附技术除杂。 甲醇重整 典型的催化剂是Cu-ZnO-Al2O3 以轻质油为原料制氢 轻质油与水蒸气催化氧化制氢 以重油为原料部分氧化制氢
2.2 用水制氢
水电解制氢目前占总产量的４％，工艺过程简单，无污染，但
消耗电量大，每立方米氢气电耗为4.5—5.5 kWh，电解水制氢 主要用于工业生产中要求纯度高，用氢量不多的工业企业。
水电解制氢的原理
e 电解定律： G K e It F It
e化学当量，F法拉第常数，Ｉ电流，ｔ通电时间，G化 学反应物生成的量。 电解电压： 水的理论分解电压为氢、氧电池的可逆电动势，在 1atm,25度下，为1.23V。即水电解池的电压对应于Gibbs 自由能的变化是1.23V，而对于焓的变化（即氢的燃烧热） 为1.48V。因此在在1atm,25度下，不产生废热的情况下， 水的分解电压为1.48V，此数值称为“热中性电压”。 电解质：考虑水溶液的电导率、稳定性、腐蚀性及经 济性等综合因素。目前水电解制氢一般都采用碱性水溶液 做电解质，如NaOH，KOH溶液。
第二章 制氢
L/O/G/O
目前的制氢方法有哪些？
热化学 制氢
化石能 源制氢
氢气
电解水制 氢
生物质 制氢
其它制氢 方法
2.1 氢气的实验室制法
用锌与稀硫酸反应 • Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
用铝和氢氧化钠反应制取 • 2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2.1 氢气的实验室制法
产生600-800℃ 的高压过热蒸汽。 2）热化学制氢面临的技术挑战 反应过程的控制，以及中间产物的分离。 3）热化学制氢的材料难题——耐酸以及高温材料的研究
目前热化学制氢技术还很不成熟，离商业化还很遥远。
任何一项技术的重大突破都会改写此技术的历史。
2.3 化石能源制氢
商业用氢约96%由化石能源中制取 储备有限，制氢污染环境，作为一种过渡工艺 在石油化工生产过程里，常用石油分馏产品（包括石油气） 作原料，采用比裂化更高的温度（700～800℃，有时甚至 高达1000℃以上），使具有长链分子的烃断裂成各种短链
无需光源，操作管理简便。
原来来源广，成本低。
生物制氢技术的现状
细菌产氢效率
生物类群 产氢效率[mol H2/mol底物] 生物类群 产氢效率[mol H2/mol底物]
严格厌氧细菌
兼性厌氧细菌 固氮菌 瘤胃细菌 好氧菌
2/葡萄糖
0.35/葡萄糖 1.05—2.2/葡萄糖 2.37/葡萄糖 0.7/葡萄糖
高温热水解制氢
水直接加热到很高温度，例如3000℃以上，部分水可以 离解为氢和氧。 H2O---1/2O2+H2 △H=241 kJ/mol
高温热水解制氢的难题和展望
o 热源，需要2000℃以上，只有太阳能与核能解决。 o 材料问题，金属材料几乎不能胜任，只希望于非金属材 料，如碳材料，陶瓷材料等。
连续操作,闭路循环，物料循环使用,效率可达52%,成本低。
４）杂化体系：
包括硫酸－溴杂化过程，硫酸杂化过程，烃杂化过程，金 属-金属卤化物杂化过程。 如：甲烷-蒸汽循环：CH4+H2O---CO+3H2
热化学制氢的问题及展望
1）开发新的热源---热化学制氢过程需要消耗水和热，热
源是关键。核能是今后最有希望的热源；太阳能亦可
重水电解
重水电解过程和普通水电解过程一样，只是电解的是重 水，则可得到氢的同位素氘。 D2O——D2+1/2O2 做为核聚变的材料，例如氢弹等。
煤水电制氢
将煤粉加入酸性电解槽中的阳极区域，以消除极化效应， 阳极反应产物为CO2。阴极产生的是氢气。 这样能使电解可以使能耗降低至2.4kWh/1m3 H2。但此方法 是以排放CO2为代价的。 美国已用此方法在新墨西哥州建了一座年产300万方氢工 厂。
极化现象： 实际生产中电解池的电极过程是不可逆的，电极电位值将 偏离平衡电位值，这种现象称为电极的极化现象。 浓差极化： 由于电极过程某些步骤地相对迟缓，使电极表面附近的反 应物浓度不同于电解池中溶液的浓度。 活化极化： 由于参加电极反应的某些粒子缺少足够的能量（活化能） 来完成电子的转移或状态的变化，结果在阴极上放电 的离子数不足而电子过剩，阴极电位变小；在阳极上 放电的离子也相应减少而电子不足，阳极电位变大。 因活化极化而产生的超电位叫活化超电位。
嗜热古细菌
光合细菌 光合细菌 纤维素分解菌 蓝细菌
4/乙酸
7/琥珀酸 7/苹果酸 6.2/纤维素 20mL/g.h
生物制氢技术的前景
我国目前已经在哈尔滨工业大学建立中试规模的生物发酵 制氢，日产600m3。最环保，是将来制氢技术发展的一
个重要方向。
热化工转化技术
固体燃料的气化 利用空气中的氧气或与水蒸气一起将固体燃料（生物 质）中的碳氧化成可燃气体的过程。这一过程主要通 过煤气发生炉来进行。气化技术与燃烧的区别 ？ 生物质热解 生物质热解过程是指在隔绝空气或只通入少量空气的 条件下使生物质受热而发生分解的过程，产物主要有： 气体、热解油和炭。 热化工转化的优缺点 a. 过程为化学工程过程，有规模才有效益。 b. 不受外界条件干扰，与生物过程相比，过程容易 控制，不象生物过程那样“娇气”。 32
在0.1MPa,25度的碱溶液中（pH=14）,氢超电位为
0.83V，氧超电位为0.4V，超电位与电极材料、电流密