1. 技术原理

(1) 部分氧化（Partial Oxidation, POX）

• 反应路径：甲烷与氧气在高温下发生不完全燃烧，生成一氧化碳和氢气。反应式为：

  $${\text{CH}}_4+\frac{1}{2}{\text{O}}_2\to \text{CO}+2{\text{H}}_2+\text{热}\text{:cite[6]:cite[8]}$$

• 特点：

• 放热反应：无需外部供热，简化设备结构；

• 氧气需求：需高纯度氧气（>95%），增加制氧成本；

• 产物处理：后续需通过水气变换反应（WGSR）将CO转化为CO₂和更多氢气。

(2) 自热重整（Autothermal Reforming, ATR）

• 反应路径：结合水蒸气重整（吸热）和部分氧化（放热），实现自供热平衡。总反应为：

  $${\text{CH}}_4+{\text{H}}_2\text{O}+\frac{1}{2}{\text{O}}_2\to {\text{CO}}_2+3{\text{H}}_2\text{:cite[1]:cite[8]}$$

• 特点：

• 热耦合：利用部分氧化释放的热量驱动水蒸气重整反应；

• 操作温度：950–1100℃，需耐高温反应器材料；

• 灵活性：可通过调节氧气/水蒸气比例优化产氢效率。

• 
  

2. 优缺点对比

3. 应用场景与现状

部分氧化（POX）

• 适用场景：

• 重油/渣油制氢：处理复杂原料时更具优势；

• 小规模制氢：如加氢站现场制氢，设备投资低。

• 工业案例：

• 部分炼厂采用POX工艺处理劣质原料，但需配套空分装置（制氧成本占总投资20%–30%）。

自热重整（ATR）

• 适用场景：

• 大规模集中制氢：天然气资源丰富地区（如中东、北美）；

• 耦合绿氢生产：与电解水制氢结合，提升能源效率。

• 工业案例：

• 中石化等企业引入ATR技术，用于年产百万吨级氢能项目，综合成本较传统SMR降低15%。

• 
  

4. 技术挑战与突破

(1) 部分氧化

• 核心问题：氧气成本高、催化剂积碳失活；

• 创新方向：

• 催化剂优化：开发抗积碳的镍基或钴基催化剂；

• 氧气替代：探索空气氧化技术，降低制氧需求。

(2) 自热重整

• 核心问题：高温材料腐蚀、热管理难度大；

• 创新方向：

• 材料升级：采用高温陶瓷或合金（如Inconel 625）延长反应器寿命；

• 工艺集成：与碳捕集技术（CCUS）结合，实现近零排放。

5. 未来趋势

• 低碳化转型：两种工艺均需通过CCUS技术降低碳排放，2030年蓝氢（结合CCUS）占比预计达20%；

• 多能耦合：与可再生能源（如光伏、风电）结合，形成“绿电+天然气”混合制氢模式；

• 智能化控制：利用AI优化反应参数（如氧气/水蒸气比例），提升产氢效率。

部分氧化与自热重整作为天然气制氢的核心工艺，各具优势与适用场景。部分氧化适合小规模、复杂原料处理，而自热重整在大规模、高效制氢领域更具潜力。未来技术突破将聚焦于降本（氧气替代、材料升级）和减碳（CCUS集成），推动其在氢能产业中的可持续发展。