郑浩，孙朝，曾亮

(1.天津大学化工学院，绿色合成与转化教育部重点实验室，天津，300072；2.中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙，410083)

氢气具有清洁环保和能量密度高的优点，是未来的清洁能源载体[1−3]。随着燃料电池和氢能源汽车的发展以及全球碳中和目标的提出，基于传统化石能源的低碳制氢技术变得更加重要，对于能源领域的发展具有重要意义[2−3]。制氢原料来源多样，相应的制氢工艺路线有多种选择，目前氢气主要为基于天然气重整和煤气化的碳基灰氢，这些过程在采用碳捕集技术后可实现碳中性蓝氢的制取，而未来的无碳绿氢主要来源于可再生能源。当反应原料为天然气时，可以选择蒸汽重整、干气重整、部分氧化和自热重整制氢等工艺，目前以甲烷蒸汽重整工艺为源头的制氢工艺在世界市场占据主导地位[4−5]。由于我国富煤贫油少气的资源禀赋，煤气化制氢工艺发展迅速，在大规模集中式制氢方面有成本优势。基于天然气和煤等化石燃料制取灰氢工艺较为成熟，但整体流程长，设备投资高，能耗水耗高，不符合未来分布式低碳氢能的发展趋势。

以甲烷蒸汽重整制氢为例，该工艺通过高温蒸汽重整反应(反应1)和中低温水气变换反应(反应2)来分别实现合成气的获取和氢气的富集，最后通过物理/化学吸收方法或变压吸附来实现H2和CO2等组分的分离。通过反应1可以看出，甲烷蒸汽重整反应是一个强吸热反应，需要外部提供大量的热，并且为了抑制反应过程中产生的积碳，需要增大通入蒸汽的比例，明显增加了整体能耗和水耗[6]。……