燃料电池车用氢气纯化及供应技术工业应用总结

燃料电池车用氢气纯化及供应技术是一种将炼化氢源通过模块化组合提纯工艺生产满足GB/T 37244—2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》要求的氢气，并形成配套供氢母站设施的技术。主要介绍了燃料电池车用氢气纯化及供应技术的基本原理、工艺特点、主要设备特点及工业应用情况。该技术开发了多种吸附剂以及快周期变压吸附氢气纯化工艺，占地面积小，投资低，供氢母站流程设计灵活，氢气产品纯度达到99.999%,杂质含量满足GB/T 37244—2018的要求，吸附周期在3～10 min且可连续调节，20 MPa燃料电池车用氢气生产成本低于20元/kg,有利于推动车用燃料氢气的市场应用和加氢站建设。     

基于氢源与交通网络的加氢站规划布局方法

合理有效的加氢站网络规划布局,对于大规模推广燃料电池汽车等氢能产业具有重要意义。综合考虑加氢站网络的上下游环节,基于氢源以及交通网络对加氢站进行经济性分析,搭建了加氢站网络用氢成本模型以及流量捕获模型。结合快速非支配遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic AlgorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)与理想解评价法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution,TOPSIS),以最小化加氢站网络用氢成本、最大化捕获交通流量为目标,得到加氢站网络的最优规划布局方案(站点个数、规模、位置及氢源选择)。最后,以一个27节点氢源、25节点交通网络为例,分别针对不同氢源原料价格以及运输距离的情况进行优化计算,在优化布局方案下,加氢站网络用氢成本远远低于当前国内加氢站用氢成本(约70元/kg),而捕获的交通流量也达到了总交通流量的70%,算例优化结果进一步说明了规划布局方法的可行性与有效性,对中国加氢站网络的规划布局具有一定的指导意义。     

首座车用加氢站落户京城

我国首座也是全球最大的车用加氢示范站在北京建成,当然不光是为了“喂”饱豪华氢燃料电池公交车,实际上,加氢站的落成使氢气作为能源使用成为现实。     

日本推广氢燃料电池汽车技术

空气液化日本有限公司、本田公司、出光兴产公司、岩谷(Iwatani)公司、JXTG能源(JXTG Nippon OilEnergy)公司、日产汽车公司、东邦燃气(Toho Gas)公司、东京燃气(Tokyo Gas)公司、丰田汽车公司等11家日本公司组成了日本氢气机动有限公司(Japan H_2 Mobility LLC),旨在推动氢气燃料电池车(FCV)在日本的使用,宣称到2022年要建设80座加氢站。目前,在日本有90座给氢气燃料     

数字

正1000亿美元我国可再生能源领域专利数、投资、装机和发电量连续多年稳居全球第一,可再生能源投资已经连续五年超过1000亿美元。 1万亿元中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》指出,预计2020年至2025年间,中国氢能产业产值将达1万亿元,氢能源汽车数量达到5万辆,加氢站数量200座。     

百万吨级煤焦油加工项目氢气系统设计方案优化研究

介绍了以悬浮床加氢装置为龙头的工艺装置,采用全加氢路线加工煤焦油时,在设计过程中为减少炼油厂氢气损失、降低氢气系统能耗,通过设定合理的炼油厂氢气管网运行压力、回收各加氢装置排放富氢气体中的氢气、煤制氢系统氢气提纯方案优化、集中供应高压新氢等设计优化,以1.5 Mt/a煤焦油加工量计算,每年可回收各加氢装置排放富氢气中氢气约77 600 dam~3,多回收煤制氢系统氢气8 000～16000 dam~3,同时回收煤制氢系统中的甲烷生产液化天然气,不仅有利于减少项目投资、降低工厂运行成本、提高经济效益,而且可以提高工厂运行的稳定性和可靠性。     

制氢、储运和加注全产业链氢气成本分析

近年来全球燃料电池汽车快速发展,配套的加氢站建设也在提速,但氢气价格太高,降低了氢燃料了相对传统汽柴油的市场竞争力,限制了氢能产业的发展。解决这一问题的关键在于降低加注枪出口端的氢气成本,需要从制氢、储运和加注全产业链各环节同时降低成本。经过分别对三个环节的成本分析,对不同制氢方式、配送方式和加氢规模的组合模式给出了氢气成本测算,结论认为站内天然气制氢方式的组合模式下氢气的总成本较低,建议作为大力发展方向。     

LNG产业视角下不同天然气制氢模式的终端氢气成本分析

氢能的快速发展为LNG产业延伸产业链、提高附加值提供了宝贵的战略机遇。站在LNG产业视角,给出了三种融合发展氢能的路径,并基于这三种路径设想了六种最贴近实际、最可能得到实施的发展模式。分别对六种发展模式的制氢、储运和加注三个环节的氢气成本,以及出加氢枪终端的氢气总成本进行了分析,并与副产氢模式进行对比。结果表明LNG产业发展氢能在成本上具有一定的竞争力,城市周边的大、中规模天然气制氢模式和站内小型天然气制氢模式是重点发展的方向。国际氢供应链目前的氢气成本较高,液态有机物氢载体(LOHC)的整体氢气成本低于液氢,未来随着氢气国际贸易的成熟和规模的扩大,成本有望大幅降低,成为与LNG产业平行的进口氢气新产业。     

加氢站压缩机设计选型的两点建议

针对目前加氢站压缩机排气温度过高和卸氢效率低的问题,在简要介绍了加氢站的工艺概况和氢气压缩机使用情况的基础上,提出了加氢站压缩机设计选型的两点建议:一是采用两级或多级压缩,降低各级压缩比,保证排气温度符合标准;二是分进气压力段设计压缩机级数,保证加氢站的安全运行。     

基于机会约束MINLP模型的多工况氢气网络操作优化技术

随着日益严格的环保标准以及新能源需求的不断增加,氢气已经成为炼油厂的重要资源。针对炼油厂存在多种工况的情况,在氢源产氢量、氢阱耗氢量、市场价格不确定的环境下,以氢气网络运行与CO₂排放成本(TOEC)之和为目标,考虑氢源标况流量、氢阱标况流量、氢气含量、压缩机、变压吸附(PSA)装置、燃料和管道约束,建立了多工况机会约束混合整数非线性规划(MCC-MINLP)氢气网络操作优化模型。对某炼油厂涉氢装置运行数据进行拟合,得到不同工况下产氢量与耗氢量的分布情况后,在不同置信水平下求解MCC-MINLP模型,得到了各工况的氢气网络最优操作方案。计算结果表明,通过增加一套PSA装置以及对应管道,可以减少15.17%～16.68%的新氢使用量并优化原氢气网络结构,优化后氢气网络的TOEC降低了2.19%～2.34%。     

车用加氢站火灾爆炸事故风险分析

目的 完善氢能产业链基础设施,寻求车用加氢站火灾爆炸事故致因,提出车用加氢站火灾爆炸事故防控措施,保障其安全可持续发展,提高大众对车用加氢站安全防控的信任度。方法 采用事故致因理论揭示事故发生的本质,从能量物质、能量载体以及物的不安全状态和人的不安全行为角度出发,系统性地分析车用加氢站火灾爆炸事故的危险源,并以其火灾爆炸事故为顶上事件建立事故树图,提出有针对性的防控策略。结果 (1)车用加氢站火灾爆炸属于物的不安全状态的基本事件占比最大,为52%;(2)可能引发车用加氢站火灾爆炸的最小割集有350个,避免火灾爆炸事故发生的最小经集有4个;(3)不考虑基本事件发生的概率,通风不良、报警装置故障、检测器失效、安全阀故障和自动制动系统故障5个基本事件的结构重要度最大。结论 事故致因理论能科学全面地对车用加氢站进行危险源辨识,事故树系统分析了其基本事件结构重要度,保护措施正常运行是削减其火灾爆炸事故的关键控制点,给车用加氢站建站管理等制定相关防控措施提供了理论依据。     

微反应器内低碳醇水蒸气重整制氢研究进展

氢气是一种清洁、高效且在未来极具潜力替代化石燃料的可再生能源,但目前氢能在运输、储存过程存在的"氢脆"问题制约了其发展。在微反应器内连续、安全且高效进行低碳醇水蒸气重整制氢可为车载燃料电池和分布式加氢站供氢,对氢能替代化石燃料具有促进作用。对低碳醇水蒸气重整制氢反应机理、重整催化剂、微反应器内催化剂载体板以及低碳醇水蒸气重整制氢微反应器的研究进展进行了综述,指出了该制氢技术目前存在的问题,并针对性提出了未来该技术的研究方向。     

煤制氢气——当今全加氢型炼油厂的发展方向

炼油厂常规的3种制氢工艺为烃类蒸汽转化法(SMR)、原料部分氧化法(POX)和变压吸附法。介绍了煤制氢气技术的工艺方法、"三废"处理、及应用实例,并将煤制氢与天然气制氢的技术、经济指标进行了全面对比,结果表明,对于150 kt/a的煤气化制氢装置,煤的用量为1.3 Mt/a;若用天然气代替煤来生产氢气,则达到同样规模需要天然气510 kt/a。煤和天然气的价格分别以1 270和6 500 RMB$/t计算,则从原料成本看,煤制氢比天然气制氢低16.6×108RMB$/a。据Shell Global Solution的研究结果,国际油价在377.39 US$/m3以下时,天然气制氢更具有优势;国际油价在377.39～503.19 US$/m3时,煤制氢和天然气制氢的成本基本相当;当国际油价高于503.19US$/m3时,煤制氢的成本优势会随着原油价格上升表现得更为明显。惠州炼油分公司天然气制氢装置天然气原料平均价格为4.2 RMB$/m3,所生产的氢气成本为1.86×104RMB$/t;煤炭价格以到厂价950 RMB$/t计算,煤制氢的产氢价格应为1.4×104RMB$/t。可见,煤制氢成本远远低于天然气制氢。指出选择煤制氢技术生产氢气具有较强的抗风险能力和核心竞争力,是国内全加氢型炼油厂的发展方向。     

基于Shell重油气化的POX制氢经济性研究

基于某炼油厂以脱油沥青为原料的IGCC(整体煤气化联合循环发电系统)工艺技术,对重油气化制氢进行了深入研究。结果表明:采用Shell重油气化工艺,当脱油沥青价格为1 275元/t时,氢气成本为9 683.70元/t;当乙烯焦油价格为1 145元/t时,氢气成本为9 032.50元/t;当催化裂化油浆价格为760元/t时,氢气成本为7 116.83元/t;当渣油加氢未转化油价格为700元/t时,氢气成本为7 103.05元/t。POX(部分氧化法制氢)不仅能够解决炼油厂面临的高硫减压渣油、高灰分催化裂化油浆、高灰分渣油加氢未转化油出路问题,更可以借此获得廉价氢源,具有极佳的经济效益,是未来重油加工的一个发展方向,对炼油厂炼油结构调整和新建项目方案规划具有一定的指导和借鉴意义。     

苯选择加氢制环己烯的研究进展

综述了 Ru催化剂上苯液相选择加氢制环己烯的研究进展 ,着重介绍了化学混合法制备的 Ru催化剂的特征及对苯液相选择加氢制环己烯的影响     

集中式制氢技术进展及成本分析

氢能具有质量能量密度大、来源多样化、应用场景丰富、终端零排放等特点,在保障国家能源安全、应对气候变化、推动产业升级、实现高质量发展等方面具有重要意义。本文重点介绍集中式制氢的主要类型,包括天然气制氢、煤制氢、工业副产氢和电解水制氢,并分析其制氢成本。对于煤制氢和天然气制氢,技术比较成熟,全球范围内应用广泛,原料价格对成本影响较大;对于工业副产氢,现阶段最具市场竞争力;对于电解水制氢,发展潜力最大,若与可再生能源结合,生产的氢气属于“绿氢”,更符合未来绿色能源需求。     

橇装式LNG加气机加气系统及计量系统的优化设计

针对目前橇装式LNG汽车加气站加气时LNG损失量大和计量不准的问题,对LNG加气站的加气系统和计量系统进行了优化设计：加气机设有加气枪接口、加气枪回流接口和回气枪接口,按照“LNG损失量最小”的设计理念,分别设计了待机模式、加注模式下的加气操作流程;应用双流量计计量法设计了加气计量系统,并用质量检定法验证了该系统的精度。试验验证结果表明：该橇装式LNG汽车加气站加气系统运行稳定,计量误差小于1%,能满足计量要求,可在实际工程中推广应用。     

制氢原料的优化

介绍了炼厂干气的资源情况，分析了炼厂干气作制氢原料不足的原因。在采取以油顶气、优化干气流程等措施后，减少了石脑油用量48．70kt／a，降低了制氢成本2．35万元／h，全年效益可达19731万元。