國內(nèi)天然氣制氫現(xiàn)狀與發(fā)展前景

在氫氣制取方式中，天然氣制氫是目前國內(nèi)主要的制氫方式之一。

近期，國內(nèi)天然氣制氫領(lǐng)域喜訊不斷。項目方面，山西豐圣能源液化天然氣提氦制氫項目、空氣產(chǎn)品濰坊天然氣制氫項目、興縣天然氣（煤層氣）液化提氦制氫項目等大投資項目建設(shè)進展迅速；裝備方面，國內(nèi)單系列最大規(guī)模10萬方/小時天然氣制氫裝置投料開車；技術(shù)方面，中國科學(xué)院實現(xiàn)400°C溫和條件下“凈零排放”的天然氣制氫原理突破。

一系列利好事件下，國內(nèi)天然氣制氫領(lǐng)域發(fā)展情況如何？對氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展有何積極影響？

天然氣制氫項目持續(xù)推進

近年來，天然氣制氫產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。

從今年1月至今，天然氣制氫發(fā)展速度不減，多個大投資項目也在不斷推進中。

6月26日，山西豐圣能源科技有限公司年產(chǎn)48萬噸LNG液化天然氣提氦制氫項目開工。該項目總投資22.3億元，計劃建成年產(chǎn)48.2萬噸的LNG液化天然氣及配套基礎(chǔ)設(shè)施和提氦裝置，并實現(xiàn)年產(chǎn)5.6萬噸氫氣。

5月，空氣產(chǎn)品濰坊天然氣制氫項目進行設(shè)備單機調(diào)試。項目一期投資3800萬美元、用地51畝，主要建設(shè)3條天然氣裂解制氫裝置及配套設(shè)施，生產(chǎn)高純電子級別、燃料級別氫氣以及液氮、液氧、液氬、液體二氧化碳等工業(yè)氣體，年綜合產(chǎn)能1.7萬噸。

4月，興縣天然氣（煤層氣）液化提氦制氫項目一期建設(shè)進入后期收尾階段。該項目總投資20.8億元，一期主要建設(shè)1套年產(chǎn)24萬噸LNG天然氣液化裝置及1套年產(chǎn)19.8萬立方米的提氦裝置，項目預(yù)計2023年8月投產(chǎn)運營。二期主要建設(shè)1套年產(chǎn)5.6萬噸制氫生產(chǎn)裝置，預(yù)計2024年11月建成投產(chǎn)。

經(jīng)過多年項目實踐應(yīng)用，天然氣制氫裝置也取得了進一步突破。6月底，浙江石化10萬方/小時天然氣制氫裝置投料開車。其是國內(nèi)單系列最大規(guī)模天然氣制氫裝置，采用的CN-14R型預(yù)轉(zhuǎn)化催化劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗積碳性強，能有效縮短裝置開車時間，節(jié)省了大量開車費用。

此外，天然氣制氫在加氫站領(lǐng)域也發(fā)展迅速。1月，北京大興區(qū)政府表示計劃在全球日加氫量最大的海珀爾加氫站開展站內(nèi)天然氣制氫項目，降低加氫站對外界氫源的依賴；2月10日，國內(nèi)首個《站內(nèi)橇裝天然氣制氫設(shè)備技術(shù)要求》聯(lián)盟標準正式發(fā)布，該標準規(guī)范了站內(nèi)橇裝天然氣制氫設(shè)備的有關(guān)技術(shù)、安全等方面的要求，填補了該領(lǐng)域相關(guān)標準的空白。

繼煤制氫后，天然氣制氫在國內(nèi)氫氣制取市場上占比排第二位，是國內(nèi)主要的制氫來源之一。隨著天然氣制氫市場的不斷發(fā)展壯大，會有更多相關(guān)項目實現(xiàn)投運，助力氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

天然氣制氫的技術(shù)特點與現(xiàn)狀

天然氣制取的氫氣也被稱為“藍氫”，因高性價比受到市場的青睞。整體來看，天然氣制取的“藍氫”在碳排放上低于煤制的“灰氫”，在制取成本上優(yōu)于風(fēng)電制取的“綠氫”，擁有生產(chǎn)效率高、耗水量少、生產(chǎn)成本較低等諸多優(yōu)勢。

從技術(shù)路線來看，天然氣制氫主要可分為天然氣水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫、天然氣部分氧化制氫以及天然氣自熱重整制氫。其中天然氣水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫是最成熟、應(yīng)用最多的技術(shù)路徑，其原理是在催化劑反應(yīng)及高溫條件下，通過對天然氣進行預(yù)處理，然后在轉(zhuǎn)化爐中將甲烷和水蒸汽進行轉(zhuǎn)化，最后在變換塔中產(chǎn)出氫氣。

工藝原理看似簡單，但其實天然氣制氫的流程很復(fù)雜，操作難度高，為了防止重整催化劑中毒，天然氣制氫的生產(chǎn)過程需要將原料氣的硫含量降至百萬分之一以下。同時，在高溫條件下，如何保持催化劑的穩(wěn)定性和活性也是一大難題，另外在合成氣生成、有害氣體排放等流程上也需要進一步改進。

面對發(fā)展的挑戰(zhàn)，多年來行業(yè)專家也在不斷探索和鉆研，以實現(xiàn)天然氣制氫工藝的突破。

今年3月，中國科學(xué)院工程熱物理研究所首次實現(xiàn)了400°C溫和條件下“凈零排放”的天然氣制氫原理突破。該技術(shù)通過有序分離氫氣和CO2產(chǎn)物，將天然氣制氫反應(yīng)溫度由傳統(tǒng)的800-1000°C降至400°C以下，做到了99%以上甲烷直接轉(zhuǎn)化為高純氫與高純CO2，制氫與脫碳能耗下降幅度達20-40%，實現(xiàn)了基于化石能源的制氫與脫碳的完全協(xié)同。

天然氣是化石能源中最清潔低碳的品類，單位能量產(chǎn)生的二氧化碳不到煤炭的50%。目前，可再生能源制氫在短時間內(nèi)還難以規(guī)模化和商業(yè)化，利用天然氣制取氫氣是快速降低制氫碳排放的有效方式，可以在一定程度上緩解國內(nèi)能源替代過程中的壓力，對進一步促進國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)低碳轉(zhuǎn)型起到積極作用。