能源短缺、环境污染等问题[8]给人们带来的忧虑，促使人们大力发展新能源。其中氢能是最理想的清洁能源。因为氢的燃烧产物只有水，清洁无污染。氢气的制取技术已经是当今能源科学领域的最主要的研究方向之一[9]。

1。1。2  氢能简介

（1）氢气性质

在所有新能源中，氢气的能量密度很高（122kJ/g），并且氢气是清洁和可再生的燃料[2]。氢元素主要以化合状态存在于化合物中。通常状况下，氢气无色、无味，难溶于水。一般情况下，氢气的化学性质很稳定。加热或点燃后，氢气能够发生剧烈的化学反应。氢气的典型特性包括着火、燃烧、爆炸等。氢气在遇到明火或温度达到585︒C以上会引起燃爆[6]。

（2）氢气的工业应用

氢气的市场利用范围很广[10]。氢气的能量密度也很高，因此在火箭、宇宙飞船、航天飞机中，氢气都是常用的燃料[11]。当前每年世界消耗的氢气总量大约在5000万吨。我国每年氢气用量超过1000万吨。在这中间90%以上的氢气用来合成氨、合成甲醇和参与石油炼制加氢 [12]。氢气还是理想的车用能源，国际公认解决未来城市大气污染的最重要的途路径之一就是氢燃料汽车的推广和使用[13]。

1。1。3  制氢方法介绍

目前所研究出来的制氢的方法很多，氢气制取的来源主要包括生物质、矿物材料和水。按照原料不同，制氢方法主要可以分为：化学法制氢、电解水法制氢和生物质法制氢等。由于反应条件、制氢成本以及反应过程的安全性等要素的制约，大规模制氢的主要方法仍是化石能源制氢[14]。目前，天然气水蒸气重整是大规模工业制氢的主要方式。

天然气水蒸气重整（SMR）是工业中制取富氢合成气的主要方法[15]，在1926年的时候就已经实现了工业化。80多年来对技术的不断改进，使得它成为当前使用范围最广的工业天然气制取氢气的方法[12]，也是最简单经济的方法。它以甲烷和水为原料，通常使用的反应条件为1。5MPa和800︒C以上的高温。但是，由于该反应吸热，因此存在耗能大、设备操作复杂、占地面积广、投资费用昂贵等许多问题[16]。论文网

天然气蒸气重整主要要经过三个过程[17]，它们依次是：

（1）原料天然气脱硫。由于天然气中含有少量的硫元素，为了避免对催化剂的影响，必须先进行脱硫预处理的加工工艺过程，直到硫的质量分数小于1×10-7[12]。使用氧化锌（ZnO）进行脱硫精制。主要发生下述反应[6]：

ZnO+H2SZnS+H2O             （1。1）

（2）天然气蒸气重整制氢。反应在装有催化剂的转化炉管中进行，所需热量由外界提供。反应生成混合气体，其中包括H2、CO、CO2等组分。主要发生下述反应：

CH4+H2CO+3H2, ΔH298K=206。3kJ/mol    （1。2）

（3）变压吸附提纯氢气。从转化炉中出来的的高温混合气进入到蒸汽发生器中，在其中进行 换热后，降温进入变换部分。混合气在催化剂的作用下发生水煤气变换反应，从而降低CO含量。主要发生下述反应[19]：

CO+H2CO2+H2，ΔH298K=-41。6kJ/mol           （1。3）

反应后的气体再通过换热、冷凝、水汽分离，将气体通过控制按顺序通过吸附塔。通过变压吸附（PSA）工艺，升压并吸附杂质气体，提取产品氢气。再降压解析，从而释 放 出 杂 质。尾气用作转化炉的燃料气。

总的天然气蒸气重整反应为：

CH4+2H2OCO2+4H2，ΔH298K=164。9kJ/mol           （1。4）

1。1。4  生物制氢简介