1、天然气制氢

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1、天然气制氢
      普遍采用三种不同的化学处理过程：  
甲烷水蒸气重整（steam methane reforming，SMR）  
部分氧化（Partial oxidation，POX）  
自热重整（Autothermal reforming，ART）  
     水蒸汽重整包括甲烷和水蒸汽吸热转化为氢气和一氧化碳（1.1）。反应所需热量通过一些甲烷原料气的燃烧来供应。这个过程发生所需温度为700-850℃。反应产物中大约包含12％的一氧化碳，通过水气转移反应（Water Gas Shift Reaction, WGSR）进一步转化为二氧化碳和氢气（1.2）。  
                                       CH4 + H2O + 热 → CO + 3H2 （1.1）  
                                      CO + H2O → CO2 + H2 + 热 （1.2）  
      天然气部分氧化制氢过程就是通过甲烷与氧气的部分燃烧释放出一氧化碳和氢气（1.3）。这个过程是放热反应，因此需要更严密的设计，同时反应器不需要任何外部供热，产生的一氧化碳进一步转化为氢气（1.2）。  
                                    CH4 + 1/2O2 → CO + 2H2 + 热 （1.3）  
     自热重整是结合水蒸汽重整（1.1）和部分氧化（1.3）。总的反应是放热反应。反应器出口温度范围在950-1100℃之间。此外，产生的一氧化碳通过水气转移反应转化为氢气（2.2）。产出气体需要净化，这很大程度上增加了制氢成本并降低了总效率。  

焦炉煤气变压吸附制氢装置：

                                                               
2、煤炭制氢   
     通过各种不同的气化过程（如固定床、流化床或喷流床）可以利用煤炭来制取氢气，这个反应过程可以用方程式（2.1）来表示，碳被转化成一氧化碳和氢气。  
                                      C(s) + H2O + heat → CO + H2（2.1）  
    这个反应是吸热过程，因此和甲烷重整过程一样需要额外的热量。通过水气转移反应一氧化碳进一步转化为二氧化碳和氢气（1.2）。煤炭制氢商业化技术成熟，但是这个制取过程比天然气制氢复杂。得到的氢气成本也高。但是由于世界煤炭储量丰富，这仍将可能作为一种能源来源，不过还需要进一步开发洁净技术。
3、 CO2捕获和封存  
     所有的化石燃料制氢过程中二氧化碳是主要的释放气体。二氧化碳释放量根据原料中氢的含量而不同。为了达到制氢过程中零排放，就应该捕获和封存二氧化碳，这个过程就是脱碳。燃烧过程中捕获二氧化碳有三种选择途径：  
      燃烧后捕获（Post-combustion）：二氧化碳可以在在常规普通蒸汽轮机或燃气轮机联合循环发电站燃烧产生的废气中排除。例如可以通过醇胺类吸收剂吸收二氧化碳。废气中包含大量的氮气和一些氮氧化物，此外还有水蒸汽、二氧化碳和一氧化碳。  
      燃烧前捕获（Pre-combustion）：在上述讨论的任意制氢过程中捕获二氧化碳。  
      氧气燃料燃烧捕获（Oxyfuel-combustion）：在常规蒸气轮机或发电站中化石燃料通过燃烧转化为热量。氧气燃料燃烧是以纯氧作为氧化剂，绝大部分二氧化碳和水蒸汽聚集在废气或烟气中，通过冷凝水蒸汽即可以很容易地分离出二氧化碳。  
      在燃烧后捕获和氧气燃料燃烧系统中，常规蒸汽轮机和发电站产生电力，然后可以用电来电解水。如果二氧化碳捕获和封存技术应用于相对低效的能源转化过程，且产生的电力用来电解水，那么燃料制氢的总效率不会超过30％。  
捕获的二氧化碳可以储存在地质构造，如油气田、蓄水层中，不过永久性二氧化碳储存的可行性和试验对成功脱碳十分关键。  
      二氧化碳输送系统（管道、船只或两者兼备）的选择将很大程度上依赖于制氢站和储存地的选择。