氢气的高效制取与纯化
作者：张艳彬、王昱瑞、杨田、张伟、任建英、李爽*、史翊翔、蔡宁生
作者单位：清华大学、清华大学山西清洁能源研究院
氢能是一种清洁高效、绿色低碳的二次能源，被广泛用于冶炼金属、高效能燃料、电子工业、合成氨、石油化工、焊接和还原剂等多种场景。在传统化工领域，4N~5N氢气是重要的化工原料，关乎我国的工业现代化发展；在氢燃料电池、未来交通运载和分布式供能领域，4N~5N氢气是能源结构转型的重点，关乎我国能源安全；在芯片、半导体等电子工业用氢（电子特气）领域，高纯/超高纯H2（5N~9N）是我国新兴和国计民生行业必需品，关乎国家核心竞争力，也是中美交锋的核心领域。因此，氢气的高效制取与纯化是工业气体中上游核心技术，是实现H2高纯安全供应的基础。 然而，传统的吸附/吸收法氢气纯化技术难以实现甲烷、硫化氢、一氧化碳等杂质ppm量级的深度脱除。作品围绕新型氢气制取与纯化材料与设备，重点介绍了氢气直接吸附分离净化和膜分离高效提纯的技术原理及工艺流程。该新型材料和设备广泛适用于多种原料气（煤气化、工业副产气、垃圾热解气、沼气、电解水制氢等）中氢气的分离与提纯，可根据待处理气体的杂质组分，灵活选配不同脱硫、脱碳、脱氮等模块实现原料气中杂质组分的全方位、深度脱除，从而制取得到高品质的燃料氢气。
张艳彬，第一作者，2018年毕业于山西大学资源与环境工程研究所，资源循环科学与工程专业硕士，材料工程专业中级工程师。2023年进入清华大学山西清洁能源研究院从事科研工作，主要从事制氢技术与装备研究方向。
李爽，通讯作者，清华大学能动系助理研究员，清华大学山西清洁能源研究院制氢技术与装备研究中心常务副主任。主持国家发改委攻关课题、国家重点研发计划子课题、国家自然科学面上/青年基金等项目，围绕制氢、氢气提纯与燃料电池领域的技术创新与示范应用开展了深入研究。发表学术论文43篇，其中一作或通讯作者论文25篇；申请国家发明专利29项，其中授权15项；在氢能与燃料电池领域已完成4项科技成果转化计730万元，从“吸附机理-吸附剂成型-吸附工艺-技术示范”四个维度，实现了国际领先水平“中温变压吸附H2/CO2分离技术”突破。研究成果获得第48届日内瓦国际发明展特别嘉许金奖（2023，排1）、中国发明协会发明创业奖•创新奖一等奖（2020，排3）、第16届北京发明创新大赛金奖（2022，排2）等奖励。指导本科生获“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛主体赛特等奖、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛一等奖在内的3项科创奖励。
本期编辑：刘洋 审校：胡皓玮
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