关键词：制氢技术；研究现状；发展前景
随着我国经济的发展，对于氢能源的需求量逐渐上升，但传统制氢主要依靠的是不可再生资源，这中制氢技术不仅严重了造成了资源浪费，还造成了环境污染，因此，我国亟需从可持续发展的角度研制清洁型的制氢技术。氢能源是一种具有高效热能转化、高能量、高密度、不排放温室气体等优势的能源类型。从开发至今一直广受社会和各国的关注，但当前的制氢技术多样，要想实现最经济、最科学、最高效率的制氢方法还需要对当前的制氢技术进行时深入的研究，并分析其在未来的发展前景，使其能够更好的进行应用。
一、利用化石能源的制氢技术现状以及发展前景
（一）天然气制氢技术
这种技术是指在高温、高压条件下利用催化剂与天然气中的水蒸气成分以及烷烃成分产生化学反应，其中产生的化学气体会通过沸锅进行换热，使其中的一氧化碳转化成为氢气和二氧化碳。再通过中不同的化学技术，如分离、换热、冷凝等，将产生的气体利用吸附剂回收至特定按照的吸附塔，并使用变压和升压吸附功能从氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷中提取出氢气产品，最后经过降压和解析将氢气产品中的杂质排除，而且能够让吸附剂得到再生[1]。
这种制氢技术可以在天然气中进行脱硫，然后使脱硫后的天然气与含有催化剂的水蒸气发生转化，产生含有氢气与其它气体的转化器，这样在通过变压吸附就能降低转化气体中一氧化碳以及二氧化碳的含量，从而提取中体积分数接近百分之百的氢气。这些制氢技术在使用过程中可以提取七成至九成的氢气，提取率受原料质量的影响较大；每小时需要10—5000立方米的原料量，原料的消耗量大，但其提取率高、质量好，产生的气体较为清洁，不会对环境和人体造成一定的影响。
（二）焦炉气制氢技术
这种制氢技术是通过煤焦化过程中会产生可燃气体，这种可燃气体中含有体积分数近五成的氢气，所以通过变压吸附等方式能够将其中含有的氢气提取出来，而且这种技术的成本较低，与水制氢技术相比，成本降低了三倍左右。
使用这种技术时需要先将焦炉煤气通过电捕焦设备去除其中的焦油，然后再利用螺杆压缩机对叫苦煤气进行加压操作，在常规压力的基础上，将表压增加到0.58MPa即可，增压后需要等待气体冷却，当其温度达到四十左右时，就可以进行冷冻分离处理，去除焦炉气体中的杂质，如焦油、苯、水分等，然后送入变压吸附程序中去除掉其中还有的二氧化碳、硫化氢、氨气、甲烷、一氧化碳、有机硫等气体，得到体积分数近百分之百的氢气半成品，这种技术氢气半成品的体积分数最高能达到98%，并不能实现99.999%。提取半成品后将其在1.25MPa压力条件下进行变压吸附提取成品氢能源，在这个过程中可以提取的99.99%的成品氢[2]。
二、利用非化石能源的制氢技术现状以及发展前景
（一）水制氢技术
水制氢技术分为四种：一是氢化物水解制氢技术、二是硼氢化物水解制氢技术、三是电解水制氢技术、四是光水解制氢技术。其中氢化物水解制氢技术主要是在铼化镁氢化物中添加镍元素、铝元素进行氢能源制造。由于在向氢化物中添加金属元素后，可以通过合金发生水解反应产生氢能量，而且在发生水解反应前的五分钟内，氢化物产生氢质量分数的速度最快，能够实现每分钟、每克120ml左右。其中水解反应的化学方程式
为：Mg3RE+H2→MgH2+REH2-3+H2(g)→MgCeNi0.1+RE(OH)2-3+H2(g)；氢化反应与水解反应的化学方程式为：Mg3Ce+9/2H2→Mg3CeH9→3Mg(OH)2+CeO2+19/2H2(g)[3]。
硼氢化物水解制氢技术主要是利用催化剂，在碱性水溶液中加入硼氢化钠，使其能够产生氢气，而且硼氢化钠本身含有的氢质量分数就达到了10%左右，通过与水进行反应，每克硼氢化钠能够提取出0.2g左右的氢。
电解水制氢技术是指将水分子中的阴极离子提区出来，主要应用OH-及H+，然后得到氢原子，在经过原子分离得出氢分子，这样通过电解的两级作用能够去除掉其中的水分子以及氧分子，从而得到单纯的氢分子。
光解水制氢技术是指将光辐射投射到半导体上，半导体会根据辐射能量的大小产生内部电子变化，使空穴能够与电子出现分离的情况，这样半导体中的不同位置机会将光解水使其还原成氧气和氢气，这种技术每小时可实现制氢率4.89毫摩尔。
（二）液体燃料制氢技术
液体燃料制氢技术包括四种方式：第一种是甲醇重整制氢技术、第二种是乙醇制氢技术、第三种是生物油重整制氢技术、第四种是二甲醚重整制氢技术。其中甲醇重整制氢技术是指在安装制氢装置的基础上，通过加入催化剂，对甲醇进行等离子分解，分解后甲醇体积分数达到三成左右时，就会开始产出氢，其中具体的制氢装置如图1所示[4]。
图1
乙醇制氢技术主要采用的是具有多孔不锈钢设计的铂基膜反应器，在反应器中压力达到1.2MPa、气体控诉达到800h-1的条件时，就可以得到四成左右的氢能源，这种技术与甲醇制氢技术相比，其氢能源的提取更高。铂基膜反应器的具体结构如图2所示。
图2
生物油重整制氢技术是指在生物油与水蒸气中加入催化剂，使二者发生重整反应，反应开始阶段会生成主要成分氢气与一氧化碳的混合气体，逐渐一氧化碳会与水蒸气发生变换反应产生主要成分为二氧化碳和氢气的混合气体，发生反映的具体化学方程式为CnHmOk+(2n-k)H2O=nCO+(2n+m/2-k)H2。在温度达到800左右时通过电流的设置，能够从每千克气体中提取出111g左右的氢，而且碳的转化率也高达80%以上。而且这种制氢方式只需要使用原始生物油，降低了能源浪费[5]。
二甲醚重整制氢技术是指用机械混合的方式将催化剂将如到二甲醚蒸汽中，使其发生重整反应，提取氢能源，这种制氢技术的氢能源提取率可以达到57%左右。
结束语：
综上所述，利用化石能源进行制氢的可以实现较高的氢能源提取率，而且相对较为清洁，制氢的成本也比较可观，可以广泛的应用到未来的发展中。但我国近些年在甲醇、乙醇制氢技术上也有了更深入的探究，使其在提取率、质量、有毒有害气体降低排放上的水平都有了大大的提升；但水制氢技术的提取率较低，而且纯度也不高，应用的较少。从而也可以看出，在未来我国制氢技术的发展还是朝着清洁、可持续的方向。
参考文献：
[1]陆玉正,王军,蒋川等.具对称电极结构的中温固体氧化物电解池电解水制氢技术[J].农业工程学报,2017,33(9):237-242.
[2]闫志者.水煤浆气化制氢技术的SWOT分析及建议[J].炼油技术与工程,2014,44(11):21-23.
[3]罗威,廖传华,陈海军等.生物质超临界水气化制氢技术的研究进展[J].天然气化工(C1化学与化工),2016,41(1):84-90.
[4]刘新媛,鲍振博,彭锦星等.餐厨垃圾厌氧发酵制氢技术的研究进展[J].天津农学院学报,2017,24(2):95-99.
[5]张与时.探究轻油制氢技术在天然气制氢装置上的应用[J].中国石油和化工标准与质量,2014,27(11):21-21.
论文作者:孙卫军
论文发表刊物:《科技新时代》2017年12期
论文发表时间:2018/1/29
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