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天然气制氢（Natural Gas to Hydrogen, SMR）是目前全球最主要的工业制氢方式，占氢气总产量的约75%。其核心工艺是蒸汽甲烷重整（Steam Methane Reforming, SMR），以下是关键技术与要点解析：

一、工艺流程

1. 蒸汽重整反应
   • 甲烷（CH₄）与水蒸气（H₂O）在高温（700–1000°C）和催化剂（镍基）作用下反应，生成合成气（H₂ + CO）：$$C{H}_4+H_{2}O\to 3H_2+CO(\text{吸热反应})$$
   • 后续通过**水煤气变换反应（WGS）**将CO转化为CO₂并额外产氢：$$CO+H_{2}O\to H_2+C{O}_2$$
2. 气体纯化
   • 通过变压吸附（PSA）或膜分离技术提纯氢气，纯度可达99.9%以上。

二、技术优势与局限

• 优势：
  • 成本低：天然气原料易得，规模化生产经济性高（成本约1–2美元/kg H₂）。
  • 技术成熟：工业应用经验超过50年，设备可靠。
• 局限：
  • 高碳排放：每生产1kg氢气排放约9–12kg CO₂，需搭配碳捕集（CCUS）技术减排。
  • 依赖化石能源：不符合长期碳中和目标。

三、低碳化改进方向

1. 碳捕集与封存（CCUS）
   • 捕获重整过程中的CO₂并封存或利用（如EOR），可减少90%排放，但成本增加30–50%。
2. 部分氧化重整（POX）
   • 通过控制氧气量减少碳排放，但需空分装置，能耗较高。
3. 甲烷热解
   • 直接裂解甲烷生成氢气和固态碳（副产品），无CO₂排放，但技术尚未成熟。

四、应用场景与市场

• 主要用途：炼油、合成氨、甲醇生产等化工领域；未来可能用于燃料电池汽车（需解决绿氢替代问题）。
• 区域分布：北美、中东等天然气资源丰富地区主导生产；欧洲正推动SMR+CCUS过渡方案。