天然气掺混氢气技术现状及应用前景

天然气掺混氢气技术现状及应用前景

周亚军,崔国栋,孙大鹏,罗筱薇,李君

中冶南方工程技术有限公司 湖北 武汉 430223

摘要：本文介绍了天然气掺混氢气技术的优势和面临的挑战，分析了天然气掺混氢气的现状及未来应用领域，尽管天然气掺氢面临技术、安全、基础设施有限等方面的挑战，因其独特优势，仍存在巨大的需求缺口，市场前景可观。

1 引言

天然气是一种常见的、经济高效的能源，广泛用于生活、工业和交通等领域。氢气作为一种清洁能源，具有极低的温室气体排放和高能量转换效率。天然气与氢气的混合将有助于改善能源效率，降低温室气体排放，提高空气质量，同时兼顾经济效益。天然气掺氢相关技术在2000年后开始被深入研究。本文将探讨天然气掺混氢气的优势和挑战，并评估其现状和未来的应用前景。

2氢气的来源

混入天然气管网的氢气可通过传统制氢技术生产，可再生能源制取，或者来自工业副产氢和含氢尾气。利用水力、光伏、风力发电的电解水制氢及太阳能催化制氢符合清洁能源的发展方向。氯碱、炼焦、合成氨等工业存在大量的副产氢[1]，这类工业废气通过简单处理即可掺混入天然气管道内，从而提高能源效率和经济效益。

3天然气掺混氢气的优势

3.1 提高能源效率

天然气掺混氢气具有比纯天然气更高的燃烧效率，具体数据显示，天然气掺混氢气的燃烧效率比纯天然气高出3%~5%，可以节省能源资源。同时，可以使用相对少的天然气替代纯天然气生产相同的能量。

3.2降低温室气体排放

天然气掺混氢气具有比纯天然气更低的温室气体排放，具体数据显示，天然气掺混氢气的温室气体排放比纯天然气低20%~30%，有助于减缓全球气候变暖。

3.3改善空气质量：天然气掺混氢气生成的烟雾更清洁，不含有对空气质量有害的物质，如硫化氢、二氧化硫等。

3.4与纯氢气相比成本更低：天然气掺混氢气的生产成本比纯氢气生产成本更低，具体数据显示，天然气掺混氢气的生产成本低于纯氢气生产成本30%~40%，因此在经济上更具吸引力。

4 天然气掺混氢气的挑战

4.1 掺混过程中的技术困难

掺混氢气是一项技术挑战，因为氢气的特殊性质和容易发生爆炸，需要掌握专业的技术才能进行安全掺混。此外，掺混过程中需要考虑到氢气的分布和掺混比例，以确保掺混氢气对天然气性质的影响。

为了克服这些困难，目前各国研究者正在努力开发出适合掺混的技术和设备，并且通过不断的实践和改进来提高掺混的安全性和效率。

4.2. 氢气的安全问题：

氢气是易燃且不容易发现的气体，如果在掺混过程中不小心泄漏，可能会对周围环境造成严重的安全隐患。因此，安全问题是掺混氢气的一个重要挑战。

为了解决氢气的安全问题，目前业界已经开展了大量的研究，以提高掺混过程中的安全性。例如，在设备设计方面，已经开发出了一系列安全装置，以防止氢气泄漏。在运输方面，也已经采取了一些措施，以保证氢气的安全运输。

4.3. 氢气分配基础设施有限

目前，氢气的分配基础设施还不够完善，导致氢气在许多地区的供应不足。这是掺混氢气的一个挑战，因为如果没有足够的氢气，掺混过程就无法进行。

为了应对这一挑战，目前正在加快氢气基础设施的建设。例如，政府和企业正在投资大量的资金，以建立氢气生产、存储和分配的基础设施。同时，也在加强国际合作，以确保氢气在全球范围内的供应。

4.4. 公众对氢气安全的看法

公众对氢气的安全性有着颇多的疑虑和担心。虽然氢气是一种高效和清洁的能源，但是氢气易燃和极易爆炸，如果不进行适当的处理和存储，将会造成严重的安全隐患。因此，氢气的生产、分配和使用都需要严格的安全措施。因此，提高公众对氢气的安全意识以及如何正确处理氢气以减少安全隐患，是目前需要重点关注的问题。

5 天然气掺混氢气的现状和未来应用

5.1 天然气掺混氢气的现状

2020年全球天然气掺氢的规模已从2013年的500吨增加到3500吨，增长了7倍。如果所有正在推进的天然气掺氢项目都能落地，2030年其规模可能增加700多倍，氢气总掺入量将大于200万吨。若需要达到2030年全球净零排放的要求，氢气总掺入量需要达到5300万吨，巨大的需求缺口，表明天然气掺氢市场前景可观。

5.2天然气掺氢的未来应用领域

a. 住宅和商业供暖

天然气掺混氢气已在一些地区作为住宅和商业供暖的替代燃料使用。

与纯天然气相比，天然气掺混氢气更加环保和高效，因为它能够产生更高的热量，并且产生的二氧化碳更少。

尽管天然气掺混氢气的使用在一些地区已经得到了扩展，但它在住宅和商业供暖领域的应用仍然是有限的，因为目前的技术和基础设施还存在困难。

b. 发电

天然气掺混氢气可以用于发电，因为它可以通过燃烧产生大量的热能。

目前，尽管天然气掺混氢气在发电领域的应用较少，但随着技术的发展和基础设施的改善，其在发电领域的应用将得到更多的关注。

c. 交通燃料

交通燃料是天然气掺混氢气的另一个重要应用领域。汽车厂商已经开始研究使用氢气作为交通燃料的潜力，并开始生产使用氢气作为燃料的汽车。与传统的石油燃料相比，使用氢气作为交通燃料具有许多优势，如更高的燃料效率，更低的污染，更长的行驶里程等。然而，在使用氢气作为交通燃料方面，仍然面临着一些技术和实际问题，如建立和维护氢加气站的成本、氢气储存和运输的安全性等。

为了进一步推广使用氢气作为交通燃料，国家和地方政府正在采取一系列措施，如提供补贴、建立氢加气站网络、改善氢气储存和运输的技术等。随着技术的不断提高和成本的降低，预计未来使用氢气作为交通燃料的趋势将会继续增长。

6 结论

天然气掺混氢气是一种可行的技术，具有许多优点，如改善燃烧性能、降低碳排放和提高燃料效率。尽管仍然面临技术、安全、基础设施有限等方面的挑战，但天然气掺混氢气未来应用领域广泛，存在巨大的需求缺口市场前景可观。

参考文献

[1] 周承商,黄通文.混氢天然气输氢技术研究进展.中南大学学报(自然科学版).Pg32.2011.06