新突破！每小时5立方米！我国首台小微型天然气制氢反应器样机一次点火成功
文章来源：全球氢能、科技日报
根据科技日报，7月28日从中海油了解到，其自主研发的我国首台小微型天然气制氢反应器样机一次点火成功，填补了国内小规模工业供氢领域的空白，样机转化效率、紧凑度等指标达到先进水平，这标志着我国全面掌握了小微型天然气制氢反应器设计、建造的关键核心技术。
据介绍，中国海油研发的小微型天然气制氢反应器制氢规模为每小时5立方米。样机直径40厘米、高100厘米，能利用天然气、液化石油气、城市燃气等气源实现天然气的高效转化和热量高效利用，转化效率、紧凑度等指标达到先进水平，可为家庭、社区提供独立、便捷、廉价的电力和热水。
图源中国海油
天然气制氢是把天然气通过化学反应转化为氢气的过程。其工艺的原理就是先对天然气进行预处理，然后在转化炉中将甲烷和水蒸汽转化为一氧化碳和氢气等，余热回收后，在变换塔中将一氧化碳变换成二氧化碳和氢气的过程，这一工艺技术的基础是在天然气蒸汽转化技术的基础上实现的。
一直以来，大型天然气制氢反应器较为成熟，但适用于燃料电池应用的小微型天然气制氢反应器还面临着设计和加工制造难度较大的难题，需将原料气预热、脱盐水加热及工艺蒸汽生产、空气预热、燃料及燃烧器、催化重整转化、烟气与工艺气换热等多个系统高度集成。
据悉，此次中国海油在小微型天然气制氢领域取得突破，打破了国外技术垄断，解决了此类装备进口成本高、供货周期长、维护难度大等难题，进一步丰富了制氢装备产品线，将天然气制氢装备从交通用氢延伸到下游燃料电池发电应用领域，标志着我国天然气制氢核心技术迈上多规模、全场景应用的新台阶。
“下一步，中国海油将继续加大攻关力度，推动自主小型制氢装备在浙江兆瓦级SOFC发电项目上的示范，拓展在电厂冷却用氢领域的工业应用，做好成果转化和市场推广，加快推进中国海油天然气制氢装备的‘品牌化、标准化、数字化、零碳化’，积极打造具有国际影响力的制氢高端系列装备。”在科技日报记者的采访中，中国海油气电集团制氢技术负责人宋鹏飞这样表示。
图源中国海油
中国海洋石油集团有限公司（简称“中海油”或“中国海油”）是1982年2月15日经国务院批准成立的特大型国有企业，是中国最大的海上油气生产运营商。公司注册资本1138亿元，共有5家控股境内外上市公司。在“三桶油”之中，中海油是布局氢能产业相对缓慢的一个，近年来，中海油显著加快了布局新能源的步伐。
布局氢能领域，中海油注重融合协同，加快发展海上风电，择优发展陆上风光，因地制宜发展氢能业务。全球氢能了解到，近年来，虽在海上制氢方面有相当优势，中海油亦在天然气制氢领域探索前进，取得不少成就。
2021年4月，中海石油气电集团有限责任公司与中国燃气签署《关于氢能技术研发和推广应用合作框架协议》。根据协议内容，双方以各自行业特点为基础，在撬装天然气制氢、加氢站建设以及多能互补综合能源供应项目方面，建立长期的合作伙伴关系。
2022年4月，中海油正式成立中海石油（中国）有限公司北京新能源分公司，该新能源分公司的主要业务为开展海陆风光发电、加大CCUS科技攻关、探索培育氢能等，至此，“三桶油”的新能源布局在机构框架上已经全部明晰，全面开启氢能布局。[相关阅读：中海油成立新公司，“三桶油”全面开启氢能布局]
6月，中海油全资子公司气电集团牵头完成的我国首套“250Nm3/h小型橇装天然气制氢设备”科技成果顺利通过鉴定。[相关阅读：天然气制氢领域新进展！气电集团国内首套“250Nm3/h小型橇装天然气制氢设备”通过鉴定]
9月，中海油掺氢发电技术工程化应用取得新进展。
2023年7月，中海油自主研发的我国首台小微型天然气制氢反应器样机一次点火成功，填补了国内小规模工业供氢领域的空白，样机转化效率、紧凑度等指标达到先进水平，标志着我国全面掌握了小微型天然气制氢反应器设计、建造的关键核心技术，我国天然气制氢核心技术亦迈上多规模、全场景应用的新台阶。
面向未来，中海油将探索发展多能互补综合能源供应系统，努力实现中海油“十四五”末新能源新产业收入占比达到10%的目标。
尽管业界对可再生能源制氢的呼声不断高涨，甚至近两年多家企业加入水电解制氢设备的研发队伍中，但在可再生能源制氢成本和制氢技术成为氢能产业发展中的一大难题之际，近年来天然气制氢的热度依旧未有丝毫下降——
2021年，国内首个站内天然气制氢加氢一体站(南庄站)试运行，日制氢加氢能力达到1100公斤，制氢能力为500标方/小时，电解水制氢能力为50标方/小时，采用了撬装式天然气制氢装备，生产纯度超99.999%。
2022年6月，我国首套“250Nm³/h小型橇装天然气制氢设备”科技成果顺利通过鉴定。
8月，我国首套自主研发的橇装天然气制氢装置在佛燃能源明城综合能源站正式投用。据悉，该套装置满负荷条件下4.8立方米天然气可制取11立方米氢气，制氢纯度达到99.999%。[相关阅读：天然气制氢1500kg/天！佛燃能源明城综合能源站启动]
2023年3月，工程热物理所实现400°C以下太阳能天然气制氢与脱碳。该发现可有效提高火电厂发电效率并降低碳排放；以天然气为氢能载体实现加氢站内按需制氢，有望降低基础设施投资及氢能制、储、运成本，并实现CO2集中资源化利用。[相关阅读：突破！工程热物理所实现400°C以下太阳能天然气制氢与脱碳]
5月，空气产品潍坊天然气制氢项目正式投产。[相关阅读：空气产品潍坊天然气制氢项目5月正式投产]
6月，国内最大规模天然气制氢装置（10万方/小时）顺利开车。[相关阅读：10万方/小时！国内最大规模天然气制氢装置顺利开车]
7月，我国首台小微型天然气制氢反应器样机一次点火成功。
数据资料显示，天然气制氢工艺目前在世界氢气制取市场占比排第一位。我国制氢结构中，天然气制氢的占比排在第二（22%，2022年数据），位于煤制氢之后（57%，2022年数据）。究其主要原因，一是煤制氢技术较为成熟，规模化应用较早，二是成本较低，但是对煤制氢技术环境并不友好。
业内有部分观点认为，未来，天然气制氢将成为主流制氢技术。随着催化剂品质的提高、工艺流程的改进、控制水平的提高、设备形式和结构的优化，天然气制氢工艺的可靠性和安全性都得到了保证。目前来看，天然气制取“蓝氢”制取在碳排放上优于煤制的“灰氢”，在制作成本上优于风电制取的“绿氢”，是当前制氢方式中，比较合理的一个选择，但是，“蓝氢”制取，同样也存在一些问题。
首先，技术方面，天然气制氢原料利用率低，工艺复杂，操作条件苛刻，并且对设计制造、控制水平和对操作人员的理论水平及操作技能均要求高。
其次，天然气制氢的成本主要由天然气价格决定，天然气原料成本占比高达 70-90%。同时，为了防止重整催化剂中毒，天然气制氢的生产过程需要将原料气的硫含量降至百万分之一以下，因此制得氢气的杂质浓度才能相对较低。同时，在我国“蓝氢”制取中，国内天然气资源供给有限且地域分布主要是在西部，含硫量较高，预处理工艺复杂，导致国内天然气制氢的成本相对较高。
氢能对于促进全球经济脱碳，特别是在工业和交通领域将发挥不可或缺的替代作用。现阶段，我国风电制氢生产的绿氢，其制取技术仍然处于初级阶段，制取成本偏高，利用天然气制氢可以一定程度上环节我国能源替代过程中的压力，进一步促进我国能源利用结构的转变。
当下，随着天然气产供储销产业链的完善、天然气开采技术的进步、储量巨大的页岩气等非常规天然气开发成本的不断降低，天然气制氢的技术经济优势越来越明显，或将成为最主要的制氢路线之一，从而加快推进我国氢经济的发展。
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编辑：戴戴
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