【摘 要】
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随着全球变暖、环境污染等问题的不断加剧,应对气候变化的行动和对资源环境的约束不断加强,开发清洁和可再生的能源势在必行。氢能因其具有能量密度高、可储存、可再生、零排放、零污染等特点,被认为是人类的终极能源。氢能来源多样,不同制氢方式的能耗、经济性及环境影响各不相同。本文针对何种制氢方式最适合现阶段规模化、低成本获取氢源这一关键问题,基于对各制氢方式的研究和分析,选取出三种主流的及具备竞争优势的制氢工
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随着全球变暖、环境污染等问题的不断加剧,应对气候变化的行动和对资源环境的约束不断加强,开发清洁和可再生的能源势在必行。氢能因其具有能量密度高、可储存、可再生、零排放、零污染等特点,被认为是人类的终极能源。氢能来源多样,不同制氢方式的能耗、经济性及环境影响各不相同。本文针对何种制氢方式最适合现阶段规模化、低成本获取氢源这一关键问题,基于对各制氢方式的研究和分析,选取出三种主流的及具备竞争优势的制氢工艺,通过建立（火用）及技术经济分析模型,综合考虑制氢成本、能耗及环境影响等因素,对三种制氢工艺的单位制氢能耗、系统及设备的（火用）效率、单位氢成本、经济效益及二氧化碳排放进行了分析及比较,综合评价出最适合现阶段大规模商业化发展氢能产业的制氢方式,并对其进一步优化设计。研究结果表明:综合能耗方面,电解水制氢工艺最高,煤气化制氢工艺次之,天然气蒸汽重整制氢工艺最低,单位能耗分别为55.10 k W/kg H2、16.26 k W/kg H2、15.78 k W/kg H2;（火用）效率方面,天然气蒸汽重整制氢工艺最高,电解水制氢工艺次之,煤气化制氢工艺最低,分别为77.03%、62.51%、49.46%;单位氢成本方面,煤气化制氢工艺最低,天然气蒸汽重整制氢工艺次之,电解水制氢工艺最高,分别为7.70元/kg H2、11.75元/kg H2、43.21元/kg H2;二氧化碳排放方面,煤气化制氢工艺最高,天然气蒸汽重整制氢工艺次之,电解水制氢工艺最低,分别为13.42 CO2/kg H2、5.74 CO2/kg H2、0.42～3.11CO2/kg H2。与煤气化制氢工艺相比,天然气蒸汽重整制氢工艺虽经济性稍逊,但能耗、（火用）效率及二氧化碳排放方面更占优势;电解水制氢工艺虽二氧化碳排放较低,但其能耗及制氢成本远远高于煤气化制氢工艺和天然气蒸汽重整制氢工艺;因此实现“双碳”目标的现阶段大规模氢能产业发展,最适合的氢能来源为天然气蒸汽重整制氢工艺,而电解水制氢随着电解技术不断进步,以及未来可再生能源电力发展成熟,是未来终极制氢方式。最后,论文针对天然气蒸汽重整制氢工艺中存在的二氧化碳排放较高的问题,对该制氢工艺进行了优化设计,新工艺利用原料LNG在气化过程释放的高品质冷能捕获和回收工艺过程中产生的CO2,制氢过程和工艺总体CO2回收率达69.72%和99.5%,实现了CO2的捕获和储存以及LNG冷能的有效利用,经济效益提高了14.55万元/h。
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