|
（一） 項目申報基本背景情況：
根據氫能生產來源和生產過程中的排放情況，人們將氫能分別命名為灰氫、藍氫、綠氫。從當前的制氫成本來看，“灰氫”也即煤制氫的成本最低，而風電制氫的“綠氫”制取的成本最高，盡管預計隨著制取技術進步，未來綠氫的成本會逐步下降，但可預見的是，未來10年，“灰氫”仍然具備成本優勢。目前，作為清潔能源，煤制氫有個劣勢，就是依賴化石能源，無法避免碳排放。相比之下，成本略高于“灰氫”的“藍氫”，似乎成了當下最好的選擇。
“藍氫”也叫天然氣制氫，其工藝原理就是先對天然氣進行預處理，然后在轉化爐中將甲烷和水蒸汽轉化為一氧化碳和氫氣等，余熱回收后，在變換塔中將一氧化碳變換成二氧化碳和氫氣，這一工藝技術的基礎是在天然氣蒸汽轉化技術的基礎上實現的。在變換塔中，催化劑存在的條件下，控制反應溫度，轉化氣中的一氧化碳和水反應，生成氫氣和二氧化碳。
雖然天然氣也屬于化石燃料，在生產藍氫時也會產生溫室氣體，但由于使用了碳捕捉、利用與儲存（CCUS）等先進技術，溫室氣體被捕獲，減輕了對地球環境的影響，實現了低排放生產。
傳統天然氣制氫過程
根據行業研究機構數據，天然氣制氫工藝目前在世界氫氣制取市場占比排第一位。我國天然氣制氫的占比排在第二，位于煤制氫之后。我國天然氣制氫始于20世紀70年代，主要為合成氨提供氫氣。近幾年，我國天然氣制氫行業產量快速增長，從2015年的277.5萬噸增長到了2020年的458.9萬噸。天然氣制氫市場規模從2015年的421.34億元，增長至2020年的756.11億元。在A股上市公司中，目前有多家公司涉及“藍氫”制取相關業務，包括衛星化學、富淼科技、佛燃能源、惠博普等。
（二）項目需求分析和必要性分析；
目前來看，天然氣制取“藍氫”制取在碳排放上優于煤制的“灰氫”，在制作成本上優于風電制取的“綠氫”，是當前制氫方式中，比較合理的一個選擇，但是，“藍氫”制取，同樣也存在一些問題。
對于傳統制氫工藝目前還存在一些問題，這些問題主要表現在以下幾個方面：
（1）經濟效益比較差，傳統的制氫工業成本過高，燃料成本過高，過程中只有氫氣一個產品，經濟性不高，這也直接制約天然氣制氫的進展，經濟效益差，很多企業不愿意去做。
（2）余熱收集再利用不高，在制氫過程中煙道出口溫度過高，導致很多熱量浪費，煙道氣出口溫度仍然很高，浪費了大量熱能。
（3）制氫需要高溫反應，這就需要比較昂貴的設備，否則不能滿足制氫需求，同時還需要大量的燃料氣，讓企業制氫成本大增。
（4）造成一定的污染，在傳統制氫過程中需要水蒸汽和氧氣進行催化反應，會產生大量的二氧化碳，這不僅會帶來資源浪費，甚至二氧化碳過量直接會影響環境。采取高效、低耗能已經成為天然氣制氫發展的大趨勢，尋找更高技術手段和先進方法的天然氣制氫工藝有迫切的要求。
（三） 采用等離子法制氫及超細碳粉的原因
利用熱等離子體（900-1600℃）技術進行生物能源熱轉化利用，是一項完全不同常規的天然氣裂解的新工藝。等離子體制氫技術因系統啟停迅速、工藝流程簡單、可處理燃料種類多、投資及操作成本低等優勢受到研究者的廣泛關注。
熱等離子體是指由大量電子、離子、中性原子和中性分子組成的，總的正電荷和負電荷數量近似相等而宏觀上呈電中性的一種導電流體。按照溫度差異，等離子體可分為高溫等離子體和低溫等離子體。根據重粒子(中性原子、中性分子及離子)與電子溫度的關系，又可以將低溫等離子體分為熱等離子體和冷等離子體。熱等離子體(如電弧放電)處于熱平衡或局域熱平衡狀態，重粒子溫度接近電子溫度(約104 K)。
熱等離子體有較高的電子溫度和較低的粒子溫度，為化學反應提供了良好的條件：一方面，較高的電子能量可以使反應物激發、電離和離解，從而使反應物具有較強的化學活性；另一方面，整個反應體系的溫度較低，從而降低了能量的消耗，節約了成本，同時，較低的體系溫度也為化學反應提供了良好的淬滅條件，保證了反應定向進行和產物的獲取。因此，采用熱等離子體（900-1600℃）重整燃料制氫是近年全球研究的新方向。
常規熱等離子體發生器的冷卻需要采用水冷，而該工藝因工作過程為真空或惰性氣體環境，發生器使用過程損耗后，冷卻水將不可避免造成泄露，那時將造成嚴重后果。因此，采用氣冷發生器的研究，是解決該工藝的瓶頸。我們恰恰已在長期等離子炬各種應用過程中，解決了該難題。
熱等離子體分解CH4主要主要通過兩種途徑進行:
一是與自由電子直接碰撞進行分解,如:
CH4+e CH3+H+e CH4+e CH2+2H+e CH4+e C+3H+e
二是高溫下進行自分解,如:
2CH4+ Q C2H2+3H2+ C 2C+4H+ Q
甲烷分子量16 乙炔是26 碳是12氫氣是2根據方程式計算甲烷裂解氫氣理論裂解量為25%，根據甲烷氫氣質量（一個標準大氣壓,則1立方米天然氣質量是728克；1立方氫氣的重量=89.9克）計算得出，1立方甲烷可產生2立方氫氣及500克碳黑
需要達到的技術指標
（1）等離子體熱解產物由超細碳粉和氫氣組成，無焦油存在，氣體中可能殘留小部分甲烷及乙炔。氣體中H2含量可高達80％以上。
（2）通過催化和過濾剩余的乙炔和甲烷，氫氣最終達到96%以上。
（四）項目主要內容和方案；
其工藝流程要點為：
4.0 通過沼氣工程，將制備的甲烷合成氣進行收集和提純。
4.1通過一燃室3-4支氣冷的等離子炬（工作氣體為天然氣，壓力為6公斤，工作溫度1600度），每小時流量為3-5立方/支，將需要裂解的天然氣從尾部進氣口送入等離子炬，通過等離子炬噴射口進入一燃室真空腔體；利用等離子的能量和熱量，進行直接裂解天然氣，一燃室后連接二燃室1-2支氣冷的等離子炬（工作氣體為氫氣，壓力為5-6公斤，工作溫度1600度）把一燃室沒有充分裂解的甲烷和乙炔，裂解和重整為更多的氫氣和碳。
4.2 二燃室后接空氣冷卻器及余熱鍋爐，充分收集降溫的熱量，（本項目未包含，本項目為雙層水冷管）,進入旋風收集器，將超細碳粉進行收集。 旋風后面連接催化和過濾吸附裝置，將合成氣里的其他殘留氣體進行催化和過濾（本項目未包含），之后進入收集器，將本項目需要的氫氣和超細碳粉進行收集。 |
