掺氢天然气中氢气分离纯化技术的研究进展

毛祥1，白俊1，邓春2，吴媛媛1，铁宇1，张延琦1（1.北京市燃气集团有限责任公司；2.中国石油大学（北京）化学工程与环境学院 重质油全国重点实验室）

摘要：【目的】掺氢天然气运输是规模化输氢的路径之一，氢气的分离纯化则直接关系到终端用氢品质与经济效益。由于掺氢天然气氢含量低、组分复杂、压力范围广以及对分离后氢气与天然气的质量要求等，传统分离纯化技术面临分离效率低、能耗高、适应性不足等挑战。【方法】通过文献调研，系统综述了掺氢天然气氢气分离纯化技术研究进展，总结了掺氢天然气的特性与分离纯化要求，分析了变压吸附、膜分离、电化学氢泵及集成技术的发展情况和特点，并就实际应用的关键研究方向进行了展望。【结果】在经济效益的约束下，变压吸附面临性能不足与天然气再压缩问题，需开发高效低成本的吸附剂和优化工艺，探索氢气直接吸附与吸附热利用路径；膜分离技术工艺简单、回收率高、扩展性强，其性能、寿命及成本的改善将有力促进掺氢天然气氢气分离纯化的应用，应重点关注预处理方向的材料与装备开发，通过材料改性、支撑加工等方法提高分离效率与稳定性，加速规模化应用；电化学氢泵凭借高效、同步压缩等优势展现了集成潜力，但存在能耗成本高、水热管理难、杂质中毒等问题，未来需提高质子膜导电率与抗杂质渗透性，开发耐毒催化剂，优化流场与水热调控策略，进一步降低设备成本；集成技术兼顾纯度、回收率和成本，与掺氢天然气氢气分离纯化最为匹配，需继续优化多场景工艺流程，研究杂质协同处理方法并拓展新型集成工艺。【结论】目前掺氢天然气中氢气分离纯化技术的研究多集中于理论研究与实验阶段，需要尽快在天然气掺氢平台或项目上开展实际测试，结合真实场景推动工艺优化与装备开发，提高技术经济性、成熟度及适应性，助力氢能规模化应用。

关键词： 天然气；氢气；分离纯化；变压吸附；膜分离；电化学氢泵