随着燃料电池技术的发展与应用,氢作为燃料电池的燃料,在未来能源结构中的地位将日益重要,各发达国家越来越重视对氢能的发展。近期氢能发展主要以化石燃料为原料实现廉价氢的生产,而从建立燃料电池汽车加氢站和提供分散氢源方面考虑,则要求有先进的小规模天然气现场制氢与气体纯化技术。
目前,约96%的氢是以煤、石油和天然气等化石资源制取的,其中采用天然气(主要成分是甲烷)制氢最为经济与合理。现有的天然气制氢技术主要包括天然气的水蒸气重整,自热重整以及部分氧化重整等。天然气水蒸气重整在合成氨工业中应用十分广泛,但在加氢站规模,天然气水蒸气重整和变压吸附(PSA)分离净化氢气的整套装置投资以及制氢成本都会大幅度增加。天然气的自热重整,部分氧化重整的共同特点是系统中需要有制纯氢的设备,并且产品气是CO、CO2和H2的混合气,仍需经过变换反应和氢气的分离过程。因此,现有的天然气水蒸气重整制氢和常规的深冷分离或变压吸附分离净化氢技术,不是很适于加氢站对小规模制氢装置的需求,研究开发制氢新工艺,缩短流程,简化操作单元,可以减少小规模现场制氢装置投资和制氢成本。
采用天然气裂解方式生成碳和氢气,产物气中不含或含少量碳氧化合物,不需要进一步的变换反应,其分离设备也比天然气水蒸气重整简单。对于缩短流程、简化操作单元和减少投资的现场制氢来说非常有吸引力。近年来,对于天然气裂解制氢的研究较为活跃。天然气裂解制氢可采用的方法包括催化裂解、热等离子体、等离子体催化等。