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傳統化工企業(yè)在燃料電池用氫新國標下的機遇與挑戰
日期：2019/7/4 20:32:53
行業(yè)背景
作為全球最大的產(chǎn)氫國，我國發(fā)展氫能源產(chǎn)業(yè)，有著(zhù)得天獨厚的優(yōu)勢和刻不容緩的需求，我國的氫氣產(chǎn)量大、經(jīng)濟性好、分布廣，發(fā)展氫能源產(chǎn)業(yè)不但可以調整我國能源結構，降低對石油進(jìn)口的依賴(lài)，確保國家能源，還可以為建設綠色清潔的低碳社會(huì )，實(shí)現可持續發(fā)展助力。
隨著(zhù)氫能產(chǎn)業(yè)鏈中各項技術(shù)難點(diǎn)被相繼攻克，標準制定單位陸續發(fā)布氫能源相關(guān)的國家標準，氫能源產(chǎn)業(yè)正在從示范階段走向市場(chǎng)化。傳統化工企業(yè)作為氫氣的主要生產(chǎn)方和使用方，有大量的工業(yè)氫被低效的作為燃料燃燒，甚至直接馳放到大氣中。傳統化工企業(yè)如何參與到燃料電池汽車(chē)的燃料氫供應鏈中來(lái)，是高效利用現有氫氣資源的新途徑。
1 工業(yè)氫與燃料電池用氫有何不同
工業(yè)氫的品質(zhì)要求和燃料氫有很大的不同，工業(yè)氫中高純氫的雜質(zhì)含量也不能滿(mǎn)足燃料氫要求，而燃料氫的氫氣純度甚至連純氫都算不上，工業(yè)氫關(guān)注的是氫氣的純度，燃料氫關(guān)注的是特定雜質(zhì)的含量。所以，工業(yè)氫不等于燃料氫。
2 如何將工業(yè)氫變?yōu)槿剂蠚?br />
工業(yè)氫產(chǎn)量大、經(jīng)濟性好、分布廣，正好可以解決目前燃料氫面臨的價(jià)格昂貴、運輸距離遠、儲運成本高的問(wèn)題，問(wèn)題在于，如何將工業(yè)氫轉變?yōu)槿剂蠚�，滿(mǎn)足燃料氫對特定雜志苛刻的要求？
依托北京大學(xué)和清華大學(xué)雄厚的科研實(shí)力和產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢，佳安氫源針對燃料氫，研發(fā)出了“模塊化定向除雜（MDP-Modular Directional Purification）”技術(shù)，工業(yè)氫通過(guò)MDP純化后，可以完全滿(mǎn)足燃料氫品質(zhì)的要求，氫氣純度和各項雜質(zhì)含量符合GB/T 37244-2018《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車(chē)用燃料氫氣》，可廣泛應用于氯堿化工、焦爐煤氣、芳烴重整、PDH、煤化工、MTO、合成氨等化工領(lǐng)域的富氫氣體。
圖3：模塊化定向除雜技術(shù)（MDP） 示意圖
“模塊化定向除雜（MDP）”技術(shù)是根據雜質(zhì)的組成種類(lèi)進(jìn)行定向分析，優(yōu)化選擇脫除材料和方法及雜質(zhì)的脫除順序。氫氣中的雜質(zhì)分為三大類(lèi)：有機易吸附類(lèi)（甲醛、甲酸、烴類(lèi)）、無(wú)機易吸附類(lèi)（NH3、H2S、SO2、鹵代物）、弱吸附類(lèi)（O2、N2、CO、Ar），MDP技術(shù)好比一個(gè)醫生，首先對原料氫氣進(jìn)行診斷，判斷出其中含有的雜質(zhì)種類(lèi)及濃度，然后根據診斷結果選擇對應的脫除方案。對于弱吸附類(lèi)的每種雜質(zhì)都使用專(zhuān)用吸附劑對應脫除，弱吸附類(lèi)雜質(zhì)脫除后的氫氣中，O2含量小于1ppm，CO含量小于0.1ppm、N2含量小于10ppm，對于易吸附類(lèi)雜質(zhì)，則是根據雜質(zhì)種類(lèi)或者酸堿性選擇特定的吸附劑或者催化劑，達到優(yōu)化脫除。
MDP技術(shù)具有“兩低一高”的特點(diǎn)：純化后的氫氣有害雜質(zhì)含量低、純化成本低、氫氣收率高，特別適合將已經(jīng)通過(guò)PSA后達到99%純度的工業(yè)氫，進(jìn)一步純化到燃料氫。
3 模塊化定向除雜技術(shù)有何優(yōu)勢
“模塊化定向除雜（MDP）”技術(shù)的誕生，將給氫能行業(yè)帶來(lái)巨大的變革，也給傳統化工企業(yè)參與到燃料氫的供應鏈中創(chuàng )造了條件，同時(shí)為解決燃料電池汽車(chē)行業(yè)發(fā)展面臨的幾個(gè)主要問(wèn)題提供了新的途徑：
1. 氫氣品質(zhì)不夠“高”：氫燃料電池對氫氣的要求非常高，“嬌貴”的氫燃料電池很容易因為氫氣中雜質(zhì)的存在導致性能下降甚至報廢。在氫源和終端應用場(chǎng)合，通過(guò)MDP對氫氣中各種雜質(zhì)的定向脫除后，氫氣純度和各項雜質(zhì)含量符合GB/T37244-2018《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車(chē)用燃料 氫氣》，氫氣的品質(zhì)不再是燃料電池汽車(chē)使用過(guò)程中需要時(shí)刻擔心的問(wèn)題。
2. 氫氣價(jià)格不夠“低”：工業(yè)氫的來(lái)源主要分為工業(yè)制氫和伴生富氫。工業(yè)制氫是以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)用氫為目的的氫氣制造，產(chǎn)量大且成本較低。在很多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，還會(huì )產(chǎn)生存在于尾氣和廢氣中的伴生富氫，這類(lèi)氫氣或被作為燃料燃燒，或被低效利用，甚至被直接排放，通過(guò)MDP將伴生富氫純化后用于燃料電池汽車(chē)， 實(shí)現了“零碳制氫”、經(jīng)濟高效。利用MDP從工業(yè)氫中獲取合格的燃料氫，將大幅降低燃料電池汽車(chē)用氫的成本。
3. 氫源距離不夠“近”：MDP純化的廣泛適用性，使得更多的氫源可以應用于燃料電池汽車(chē)，大大拓寬了燃料電池汽車(chē)獲取氫源的途徑。加氫站不再需要舍近求遠獲取高品質(zhì)的燃料電池汽車(chē)用氫，就近利用MDP純化后的多種氫源均能滿(mǎn)足燃料氫的品質(zhì)要求，大幅降低儲運成本。
“模塊化定向除雜（MDP）”技術(shù)的應用，為氫燃料電池行業(yè)解決氫氣品質(zhì)、氫氣價(jià)格和氫氣儲運三大問(wèn)題提供了新的途徑，讓燃料電池用氫變得安全、純凈、經(jīng)濟、多元，也為傳統化工企業(yè)實(shí)現氫的創(chuàng )新高效利用，參與到燃料氫的供應鏈中創(chuàng )造了條件。