天然气裂解制氢联产纳米碳材料技术
技术描述
我国氢气产量的19%来自水蒸汽甲烷重整技术，然而巨量排放的二氧化碳（9~12 kg CO2/kg H2）难以适应未来的‘双碳’发展需求。甲烷（天然气中的主要成分）直接裂解制氢联产固态碳，不仅有效解决天然气制氢中的碳减排问题，而且有望获取大宗高附加值碳材料。本概念验证项目“天然气裂解制氢联产纳米碳材料技术”将为我国天然气的低碳应用提供一条极具竞争力的技术路线。
技术优势
天然气裂解制氢方法包括高温裂解、催化裂解、等离子体催化和催化热裂解法等，其中高温裂解、等离子体催化法生产过程能耗高、工艺稳定性要求苛刻，经济性和规模化应用前景不如催化热裂解技术。本项目可以实现低碳/零碳排放的天然气利用，能耗比现有主流技术更低，安全性及稳定性也比目前前沿熔融金属催化裂解技术更高。本项目的创新点体现于（1）低成本、高性能、抗烧结型的铁基催化剂和（2）可连续且具有广谱性的催化裂解技术装备。该项技术装备实用性强，设备投资小，极其适合分散性中小规模甲烷资源向氢气和碳纳米材料的转化及高附加值利用。
效果指标
（一）国内外市场现状和需求分析 做好碳达峰、碳中和工作已被列为十四五期间重点任务之一。我国作为一个能源消耗大国，正加速发展和推广新能源技术，优化能源结构并实现绿色低碳发展之路。其中，氢能作为可实现“零排放”的新一代清洁能源，正受到全球越来越多的关注与期待。欧美日韩正以空前力度推动氢能发展，我国也开始提高了对氢能的重视。2022年，氢能已被纳入国家“十四五”规划当中。同时，甲烷资源十分丰富，既可以来自湿垃圾又可以来自石油开采等。以湿垃圾为原料的发酵沼气（甲烷为主要成份）资源丰富，但利用却还停留在传统的低价值燃烧，碳排放严重。若无高效处理利用方式，长期以往会加剧环境污染，影响环境卫生及生产生活安全。然而，甲烷不仅可当优质洁净能源利用，也可转化成优质绿色氢气与功能型碳纳米材料提供高附加值利用。因此，通过甲烷裂解产出高效益氢气和高附加值纳米碳材料将是我国经济和社会可持续发展的重要路径之一。产出的氢气可以用于能源和工业生产等重要领域，而纳米碳材料则可用于增强复合材料用于轮胎及涂料等。 （二）经济效益和社会效益预测 假定现有生物甲烷潜量可高达1.6亿立方，如将其中的20%进行甲烷催化裂解制氢和纳米碳，每年可产氢0.6亿立方以上（按单价20元/千克估算，约收益1.2亿元），纳米碳大于1.6万吨（按高质量轮胎用炭黑单价6000元/吨估算，约收益1亿元），共收益约2.2亿元并减排二氧化碳约6.6万吨。除了自然界已有的甲烷资源外，我国是农业大国，也有大量的湿垃圾、农业废弃物、食品加工业废弃物、畜牧粪便、市政污泥等含碳氢元素总量巨大的有机固废。项目所研发出来的关键技术也可适用于上述各类富甲烷资源，应用前景广阔。