洁净煤技术

作者：罗化峰, 范志强, 李通达, 高龙, 秦至臻, 乔元栋

关键词：甲烷热解,零碳制氢,催化剂,固体碳利用,液体鼓泡塔反应器,可再生能源制氢,工业化应用

传统煤气化和甲烷重整制氢会产生大量二氧化碳，这不符合“双碳”目标的要求。通过将可再生能源发电耦合电解水制氢是当前最优技术方案，然而可再生能源发电存在能源输出波动和储存困难等缺陷，导致其大规模应用仍面临诸多困难。因此，一种以天然气为原料的零碳制氢技术备受关注，该过程只产生氢气和固体碳，并不释放温室气体，可作为从化石燃料到可再生能源制氢的一座桥梁。综述了甲烷热解技术工业应用所面临的关键问题，包括不同类型催化剂和再生方法对工业化影响、不同工业化方案的优缺点以及固体碳产品的实际应用和经济性分析。与镍和钴催化剂不同，铁催化剂和碳材料便宜且无毒，这也是其能够实现工业化应用的重要优势之一。氢气再生技术是实现催化剂循环利用的最佳选择，因其不需要外来引进气体且经再生后的催化剂可稳定工作。液体鼓泡塔反应器中碳能够被连续去除，避免碳团聚所导致的反应器堵塞，因而该反应器具有较大的工业潜力。与蒸汽甲烷重整过程中所需的二氧化碳捕集与封存不同，甲烷热解固体碳的储存并不需要消耗大量能源且固体碳销售极大降低了甲烷热解制氢成本。甲烷热解反应机理和限速步骤、天然气所含杂质影响以及工业流程选择和固体碳合理利用都将是未来研究的重点方向。

来源：2025年第7期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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