安全的儲氫、運氫、供氫技術(shù)解決方案

　　—北京東方紅升新能源應(yīng)用技術(shù)研究院有限公司

　　2019年，氫能源被首次寫入我國《政府工作報告》，氫能因此成為國家能源發(fā)展戰(zhàn)略中的重要一環(huán)。

　　2020年9月22日習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上的講話指出：“應(yīng)對氣候變化《巴黎協(xié)定》代表了全球綠色低碳轉(zhuǎn)型的大方向，是保護地球家園需要采取的最低限度行動，各國必須邁出決定性步伐。中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和 ”。

　　氫能具有能量密度大、熱值高、儲量豐富、來源廣泛、轉(zhuǎn)化效率高等特點，是清潔的二次能源，可以作為高效的儲能載體。氫氣是推動全球綠色低碳轉(zhuǎn)型和實現(xiàn)我國“碳中和”目標(biāo)的重要技術(shù)和產(chǎn)業(yè)支撐。

　　氫是所有元素中最輕的，在常溫常壓下為氣態(tài)，密度僅為0.0899kg/m3，只有空氣密度的1/14，因此其高密度儲存和運輸一直是一個世界級難題。氫能的存儲有以下方式：低溫液態(tài)儲氫、高壓氣態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫和有機液態(tài)儲氫等;氫輸運又分為氣氫輸送、液氫輸送和固氫輸送。這幾種儲氫方式有各自的優(yōu)點和缺點。20MPa氫拖車運輸技術(shù)成熟，是國內(nèi)最普遍的運氫方式，但運輸效率僅為1.1wt%，適用于小規(guī)模、100km內(nèi)的短途運輸，一臺長管拖車的成本約為160萬元。

　　氫能目前還存在氫氣的儲存困難、運輸困難、儲運價格高、安全隱患大、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資高昂等瓶頸問題，是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“痛點”和瓶頸問題。

　　國際能源署規(guī)定, 實用的儲氫系統(tǒng)其質(zhì)量儲氫密度必須達(dá)到5wt%, 而且體積儲氫密度也要求大于40kg/m3。美國能源部(DOE)提出的車載氫源的質(zhì)量儲氫密度和體積儲氫密度分別為6.5wt%和62kg/m3。

　　北京東方紅升新能源應(yīng)用技術(shù)研究院有限公司致力于提供安全的儲氫、運輸氫、供氫的技術(shù)解決方案。

　　一、有機液相儲氫、運輸氫、供氫安全的技術(shù)解決方案

　　將氫分子與有機液體儲氫載體(LOHC)進(jìn)行化學(xué)結(jié)合，有機液體載氫體(LOHC)技術(shù)將氫氣“儲存”于液體中，實現(xiàn)安全的儲、運、供過程。這種基于化學(xué)反應(yīng)法的液體有機氫化物儲氫技術(shù)以其儲氫量大、能量密度高、液態(tài)儲運安全方便等優(yōu)點引起了很多國家的關(guān)注，該技術(shù)被認(rèn)為是液化或者高壓儲氫的替代方法，有望在未來氫能儲運中發(fā)揮重要作用。

　　北京東方紅升研究院研發(fā)出了與柴油性質(zhì)類似的多組分有機物儲氫載體，物性類似于超低凝柴油，在寬溫度范圍內(nèi)呈油狀液體，安全級別高、化學(xué)穩(wěn)定性好、低溫流動性好、儲氫量高達(dá)6.3~6.5wt%，與現(xiàn)有油品輸運基礎(chǔ)如運油車、儲油罐、油庫、管道等設(shè)施兼容;

　　東方紅升研究院與中國石油大學(xué)(華東)合作研發(fā)出了亞納米級高活性加氫催化劑、脫氫供氫催化劑，實現(xiàn)氫氣與LOHC的高效儲氫、供氫反應(yīng)。

　　研究院還研發(fā)出了撬裝式、集裝箱式有機液相供氫裝置，分為S小型、M中型、L大型三種供氫裝置。S小型日產(chǎn)氫100公斤，M中型日產(chǎn)氫500公斤，L大型日產(chǎn)氫1000公斤?？梢越o加氫站安全、經(jīng)濟的提供高純氫，氫氣純度滿足氫燃料電池的技術(shù)指標(biāo)要求。

　　二、安全、高體積高質(zhì)量密度的儲氫及車載供氫技術(shù)解決方案

　　光纖儲氫是顛覆性的安全儲氫技術(shù)，氫氣存儲于一根根非常細(xì)小的光纖管中，每根高純石英光纖管的直徑只有幾微米，卻能承載非常大的壓強，把一根根細(xì)小的光纖管組合在一起構(gòu)成儲氫模塊，再把儲氫模塊疊加組合成大的儲氫模組件，而且儲氫模塊和模組件的大小和形狀可隨意設(shè)計加工。用光纖陣列構(gòu)成的儲氫模塊和模組件存儲和運輸氫氣是非常安全的技術(shù)，光纖儲氫系統(tǒng)把每一根細(xì)小的光纖管作為單一壓力容器，由于單根光纖儲氫量極少，氫氣泄漏不能形成爆炸環(huán)境。

　　光纖儲氫技術(shù)的質(zhì)量儲氫量非常高，可達(dá)到10-15 wt%，遠(yuǎn)大于目前的所有儲氫技術(shù)。

　　技術(shù)創(chuàng)新點體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　(1)安全性高，相對于高壓氫氣儲罐而言，光纖儲氫技術(shù)由無數(shù)細(xì)小的抗壓高純石英管組合在一起，形成一個超強的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。每一根細(xì)小的光纖管作為單一壓力容器，由于單根光纖儲氫量極少，氫氣泄漏不能形成爆炸環(huán)境。

　　(2)光纖儲氫技術(shù)連接便捷、充氫迅速(以秒計)、模塊化可替換。光纖儲氫為模塊化構(gòu)成，把一根根細(xì)小的光纖管組合在一起構(gòu)成大的存儲模塊組件，再把存貯模塊組件疊加組成大的模組件，模塊替換非?？旖莘奖恪?/p>

　　(3)光纖儲氫技術(shù)為模塊化結(jié)構(gòu)，儲氫裝置的形狀、尺寸與容量可以隨意設(shè)計和安裝。

　　(4)光纖儲氫技術(shù)的存儲單元為高純石英構(gòu)成的光纖管，不易受環(huán)境影響與腐蝕，氫氣長期儲存于光纖管中不會泄漏。

　　(5)光纖儲氫技術(shù)的存儲單元為高純石英管，光纖管可回收再利用，既環(huán)保又無毒無污染。

　　(6)光纖儲氫技術(shù)的質(zhì)量儲氫量非常高，可達(dá)到10-15 wt%，遠(yuǎn)大于目前的所有儲氫技術(shù)。

　　三、消氫消納技術(shù)簡介

　　隨著氫能的普及和應(yīng)用，加氫站、燃料電池、氫氣生產(chǎn)和儲運等各個環(huán)節(jié)都得到了快速的發(fā)展。氫氣屬于易燃易爆氣體，在封閉的環(huán)境中，氫氣會在封閉空間頂部分層聚集，當(dāng)氫氣濃度達(dá)到4.0%～75.6%時，會產(chǎn)生燃爆風(fēng)險，氫氣在制備、儲存、運輸、加注和使用過程中均具有潛在的泄漏和爆炸危險，因此氫安全是氫能應(yīng)用和大規(guī)模商業(yè)化推廣的重要前提之一。針對以上問題，北京東方紅升應(yīng)用技術(shù)研究院和北京科技大學(xué)經(jīng)過合作研究開發(fā)出氫氣消納技術(shù)。在常溫下，通過催化反應(yīng)使氫氣與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成水，從而消除氫氣累積的風(fēng)險。

　　消氫消納技術(shù)產(chǎn)品特點：

　　(1)催化效率高達(dá)95%以上;

　　(2)啟動濃度低到1%;

　　(3)適用溫度范圍廣，室溫~300℃，無需外部熱源加熱;

　　(3)抗中毒性能好，水蒸氣、碘蒸氣、氣凝膠和CO等雜質(zhì)對其性能影響小;

　　(4)設(shè)計靈活，可根據(jù)實際需求設(shè)計為各種形狀，安裝于密閉空間的各個位置。

　　四、甲醇重整制氫分布式供氫技術(shù)解決方案

　　由于甲醇重整具有體積小、重整溫度低、能耗小、原料易得、 安全等特點，在現(xiàn)場制氫給燃料電池汽車提供氫源時，不僅解決了運輸問題，并且在安全和經(jīng)濟方面也有一定的優(yōu)勢，是目前國內(nèi)最易實現(xiàn)的燃料電池氫源載體之一。

　　(一)甲醇來源可靠，是最好的重整制氫原料。中國的甲醇產(chǎn)能8500多萬噸，并且分布很廣。甲醇儲氫量高達(dá)12.5wt%，甲醇與水重整制氫可以釋放18.0wt%以上的氫氣。

　　(二)甲醇液相運輸，可利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施。人類已投資幾萬億美元建設(shè)了液體燃料基礎(chǔ)設(shè)施，這些基礎(chǔ)設(shè)施不會輕易放棄，甲醇制氫路線，可以很好地將已有的加油站等設(shè)施利用起來。

　　(三)甲醇分布式制氫?；诩状贾茪浼夹g(shù)的特點，可在站內(nèi)制氫，現(xiàn)制現(xiàn)用;也可在化工園區(qū)集中制氫，再通過短距離運輸(<100km)至加氫站，兩種應(yīng)用方式都具有切實的可行性。

　　甲醇重整制氫分布式供氫技術(shù)解決方案的優(yōu)勢：

　　(1)集成化 、撬裝化、占地面積小 高度集成化、撬裝化，占地面積小，100Nm3/h的制氫機占地面積僅為同規(guī)模工業(yè)天然氣制氫裝置的十分之一;

　　(2)型號多、功能全 從3Nm3/h~100 Nm3/h的16個標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，型號最全，同款設(shè)備可同時實現(xiàn)流量、壓力、 純度、加熱方式可調(diào);

　　(3)技術(shù)創(chuàng)新程度高 首次應(yīng)用蓄熱技術(shù)，并整合了余熱利用、催化供熱、換熱等技術(shù)，整機熱效率由50%提高到80%以上;

　　(4)核心催化劑自研，壽命更長 制氫催化劑自研，壽命長達(dá)15000小時以上，為傳統(tǒng)制氫催化劑的1.5~2倍;

　　(5)無焰燃燒催化劑可實現(xiàn)甲醇、氫氣常溫起燃;

　　(6)全流程防爆，安全程度更高 設(shè)備全流程防爆設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)字化、核心流程智能化、信息化，全自動無人 值守，安全程度更高;

(7)制氫模塊免用戶報備，甲醇與水的重整原料用戶免報備。即開即用，5分鐘之內(nèi)出氫，同行業(yè)制氫設(shè)備開機至出氫需要30分鐘左右。