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傳統化工企業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
 

行業背景

作為全球最大的產氫國,我國發展氫能源產業,有著得天獨厚的優勢和刻不容緩的需求,我國的氫氣產量大、經濟性好、分布廣,發展氫能源產業不但可以調整我國能源結構,降低對石油進口的依賴,確保國家能源,還可以為建設綠色清潔的低碳社會,實現可持續發展助力。

    
    隨著氫能產業鏈中各項技術難點被相繼攻克,標準制定單位陸續發布氫能源相關的國家標準,氫能源產業正在從示范階段走向市場化。傳統化工企業作為氫氣的主要生產方和使用方,有大量的工業氫被低效的作為燃料燃燒,甚至直接馳放到大氣中。傳統化工企業如何參與到燃料電池汽車的燃料氫供應鏈中來,是高效利用現有氫氣資源的新途徑。

 

1  工業氫與燃料電池用氫有何不同

    全新的燃料電池用氫國家標準GB/T37244-2018《質子交換膜燃料電池汽車用燃料 氫氣》將于2019年7月1日起開始實施,提出了燃料氫氣的概念,該標準規定了質子交換膜燃料電池(PEMFC)汽車用燃料氫氣的術語和定義、氫氣純度、氫氣中雜質含量要求及其分析試驗方法等,適用于全氟磺酸類質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣的品質要求。
    工業氫的品質要求和燃料氫有很大的不同,工業氫中高純氫的雜質含量也不能滿足燃料氫要求,而燃料氫的氫氣純度甚至連純氫都算不上,工業氫關注的是氫氣的純度,燃料氫關注的是特定雜質的含量。所以,工業氫不等于燃料氫。


 

2 如何將工業氫變為燃料氫

    工業氫產量大、經濟性好、分布廣,正好可以解決目前燃料氫面臨的價格昂貴、運輸距離遠、儲運成本高的問題,問題在于,如何將工業氫轉變為燃料氫,滿足燃料氫對特定雜志苛刻的要求?
    依托北京大學和清華大學雄厚的科研實力和產學研優勢,佳安氫源針對燃料氫,研發出了“模塊化定向除雜(MDP-Modular Directional Purification)”技術,工業氫通過MDP純化后,可以完全滿足燃料氫品質的要求,氫氣純度和各項雜質含量符合GB/T 37244-2018《質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》,可廣泛應用于氯堿化工、焦爐煤氣、芳烴重整、PDH、煤化工、MTO、合成氨等化工領域的富氫氣體。
圖3:模塊化定向除雜技術(MDP) 示意圖
    “模塊化定向除雜(MDP)”技術是根據雜質的組成種類進行定向分析,優化選擇脫除材料和方法及雜質的脫除順序。氫氣中的雜質分為三大類:有機易吸附類(甲醛、甲酸、烴類)、無機易吸附類(NH3、H2S、SO2、鹵代物)、弱吸附類(O2、N2、CO、Ar),MDP技術好比一個醫生,首先對原料氫氣進行診斷,判斷出其中含有的雜質種類及濃度,然后根據診斷結果選擇對應的脫除方案。對于弱吸附類的每種雜質都使用專用吸附劑對應脫除,弱吸附類雜質脫除后的氫氣中,O2含量小于1ppm,CO含量小于0.1ppm、N2含量小于10ppm,對于易吸附類雜質,則是根據雜質種類或者酸堿性選擇特定的吸附劑或者催化劑,達到優化脫除。

      MDP技術具有“兩低一高”的特點:純化后的氫氣有害雜質含量低、純化成本低、氫氣收率高,特別適合將已經通過PSA后達到99%純度的工業氫,進一步純化到燃料氫。


 

 3 模塊化定向除雜技術有何優勢

    “模塊化定向除雜(MDP)”技術的誕生,將給氫能行業帶來巨大的變革,也給傳統化工企業參與到燃料氫的供應鏈中創造了條件,同時為解決燃料電池汽車行業發展面臨的幾個主要問題提供了新的途徑:

       1. 氫氣品質不夠“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的存在導致性能下降甚至報廢。在氫源和終端應用場合,通過MDP對氫氣中各種雜質的定向脫除后,氫氣純度和各項雜質含量符合GB/T37244-2018《質子交換膜燃料電池汽車用燃料 氫氣》,氫氣的品質不再是燃料電池汽車使用過程中需要時刻擔心的問題。

       2. 氫氣價格不夠“低”:工業氫的來源主要分為工業制氫和伴生富氫。工業制氫是以滿足工業生產用氫為目的的氫氣制造,產量大且成本較低。在很多工業生產過程中,還會產生存在于尾氣和廢氣中的伴生富氫,這類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MDP將伴生富氫純化后用于燃料電池汽車, 實現了“零碳制氫”、經濟高效。利用MDP從工業氫中獲取合格的燃料氫,將大幅降低燃料電池汽車用氫的成本。

       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,大大拓寬了燃料電池汽車獲取氫源的途徑。加氫站不再需要舍近求遠獲取高品質的燃料電池汽車用氫,就近利用MDP純化后的多種氫源均能滿足燃料氫的品質要求,大幅降低儲運成本。

    “模塊化定向除雜(MDP)”技術的應用,為氫燃料電池行業解決氫氣品質、氫氣價格和氫氣儲運三大問題提供了新的途徑,讓燃料電池用氫變得安全、純凈、經濟、多元,也為傳統化工企業實現氫的創新高效利用,參與到燃料氫的供應鏈中創造了條件。
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