制氫工藝的案例
天然氣制氫工藝與技術(shù)
壓力：1.0-2.5MPa;天然氣單耗: 0.5-0.56Nm3/ Nm3氫氣;電耗: 0.8-1.5/ Nm3氫氣;規(guī)模: 1000 Nm3/h ~100000 Nm3/h;純度: 符合工業(yè)氫、純氫(GB/T7445-1995);年運行時間: 大于8000h。
3、天然氣水蒸汽重整制氫需解決的關(guān)鍵問題
天然氣水蒸汽重整制氫需吸收大量的熱，制氫過程能耗高，燃料成本占生產(chǎn)成本的50-70%。遼河油田在該領(lǐng)域進行了大量有成效的研究工作，在油氣集輸企業(yè)建有大批工業(yè)生產(chǎn)裝置，考慮到氫在煉廠和未來能源領(lǐng)域的應(yīng)用，天然氣水蒸氣轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)不能滿足未能滿足大規(guī)模制氫的要求。因此研究和開發(fā)更為先進的天然氣制氫新工藝技術(shù)是解決廉價氫源的重要保證，新工藝技術(shù)應(yīng)在降低生產(chǎn)裝置投資和減少生產(chǎn)成本方面應(yīng)有明顯的突破。
4、天然氣制氫新工藝和新技術(shù)分析
天然氣絕熱轉(zhuǎn)化制氫。該技術(shù)最突出的特色是大部分原料反應(yīng)本質(zhì)為部分氧化反應(yīng) ，控速步驟已成為快速部分氧化反應(yīng)，較大幅度地提高了天然氣制氫裝置的生產(chǎn)能力。天然氣絕熱轉(zhuǎn)化制氫工藝采用廉價的空氣做氧源，設(shè)計的含有氧分布器的反應(yīng)器可解決催化劑床層熱點問題及能量的合理分配，催化材料的反應(yīng)穩(wěn)定性也因床層熱點降低而得到較大提高，天然氣絕熱轉(zhuǎn)化制氫在加氫站小規(guī)模現(xiàn)場制氫更能體現(xiàn)其生產(chǎn)能力強的特點。該新工藝具有流程短和操作單元簡單的優(yōu)點，可明顯降低小規(guī)模現(xiàn)場制氫裝置投資和制氫成本。
天然氣部分氧化制氫。天然氣催化部分氧化制合成氣，相比傳統(tǒng)的蒸汽重整方法比，該過程能耗低，采用極其廉價的耐火材料堆砌反應(yīng)器，但天然氣催化部分氧化制氫因大量純氧而增加了昂貴的空分裝置投資和制氧成本。采用高溫無機陶瓷透氧膜作為天然氣催化部分氧化的反應(yīng)器，將廉價制氧與天然氣催化部分氧化制氫結(jié)合同時進行。
展開 天然氣重整制氫工藝
根據(jù)預計的富氫PSA尾氣低發(fā)熱值（LHV），尾氣火嘴的設(shè)計發(fā)熱量為8.39GJ/hr。
在開車期間，因為只有天然氣燃料，所以只使用天然氣燒嘴。投用尾氣火嘴的前提是天然氣燒嘴經(jīng)投用。整個燃燒系統(tǒng)可以在運行過程中自行監(jiān)測火焰狀況的紫外線火焰探測儀BMS700。尾氣火嘴沒有特別的火焰監(jiān)測設(shè)備。
天然氣重整制氫工廠實際性能參數(shù)
通過實際穩(wěn)定生產(chǎn)期間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，得到實際性能參數(shù)。
實際天然氣制氫裝置單耗=0.473NCMH天然氣/NCMH氫氣
設(shè)計天然氣制氫裝置熱效率=76.36%（產(chǎn)品熱值/原料熱值）
計算中氫氣產(chǎn)品熱值3.545kw/NCMH，天然氣熱值11.257kw/NCMH，蒸汽熱值0.77403kw/kg）
天然氣重整制氫工廠工藝特點
1、當前價格經(jīng)濟最好的工藝
2、行業(yè)配范圍非常廣，生產(chǎn)規(guī)模從小到大全部適用：從各種規(guī)模的設(shè)備都非常成熟，所以不論是醫(yī)藥、電子氣的小戶；或者石化、冶金、化工、玻璃、光伏那樣的中等戶；還是煉油、化肥、樹胎類精細化學品那樣的大用戶，SMR工藝都可以滿足。
3、實際生產(chǎn)關(guān)鍵控制點多，工況波動較大，參數(shù)調(diào)整后滯后效果嚴重。就工藝本身而言，天然氣重整制氫的工藝不算太復雜，不過天然氣的重整反應(yīng)是一個強吸熱反應(yīng)，且需要的反應(yīng)基礎(chǔ)溫度很高，至少需要800℃左右，所以溫度控制是SMR工廠主要抓手，但由于溫度控制需要微分控制，所以調(diào)節(jié)很復雜，一旦工況波動，很容易使控制閥門運行數(shù)據(jù)離散。但總體來言，畢竟工藝還是比較成熟，只要調(diào)整得當，還是能夠通過控制系統(tǒng)，實現(xiàn)無人的全自動工廠。面對日常的控制，需要控制的部分也很少，按照系統(tǒng)單元分開的話，需要關(guān)注：工藝系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)和煙道系統(tǒng)。
展開 制氫站氫氣泄漏監(jiān)測中H2傳感器的應(yīng)用
氫燃燒的產(chǎn)物是水，與其他燃料相比，氫燃料是世界上最干凈的能源，被譽為21世紀最具發(fā)展前景的二次能源。如果作為汽車的能源，在考慮全生命周期后，氫燃料電動車的能源效率約為29%，高于鋰離子電動車的28%及燃油車的14%。在“碳達峰”“碳中和”目標下，氫能汽車成為了各車企競相爭奪的賽道。
氫能源與電能、太陽能、風能等同屬于清潔能源，在制氫站生產(chǎn)儲運氫氣的過程中，為防止過量泄漏的氫氣發(fā)生爆炸，需要安裝氫氣儲罐區(qū)氣體檢測儀，2022年七月下旬，海口光伏制氫高壓加氫一體站更換一批氫氣管道氣體報警器用于氫站儲罐區(qū)，氫氣傳感器用于制氫站氫氣泄漏監(jiān)測，并入PLC、DCS系統(tǒng)，聯(lián)鎖報警自動控制電磁閥風機等設(shè)備的啟停。
工業(yè)制氫站制氫工藝流程原理主要有以下4種：
1、甲醇裂解制氫
甲醇轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)是以甲醇、脫鹽水為主要原料,甲醇水蒸汽在催化劑床層轉(zhuǎn)化成主要含氫氣和二氧化碳的轉(zhuǎn)化氣,該轉(zhuǎn)化氣再經(jīng)變 壓吸附技術(shù)提純,得到純度為 99.9～99.999%的產(chǎn)品氫氣的工藝技術(shù)。
2、天然氣制氫
天然氣制氫工藝流程主要包括凈化系統(tǒng)與轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和提純系統(tǒng).凈化系統(tǒng)主要包括對原料氣的烯烴、含硫進行凈化(原因是轉(zhuǎn)化催化劑的敏感).轉(zhuǎn)化系統(tǒng)主要是以凈化氣、蒸汽在轉(zhuǎn)化催化劑的作用下,轉(zhuǎn)化成氫氣、CO/CO2,然后經(jīng)過以Fe3O4為催化劑使得CO轉(zhuǎn)化成C02和氫氣,最后經(jīng)過凈化系統(tǒng),得到純度較高的氫氣。
3、氨分解制氫
利用液氨為原料,氨經(jīng)裂解后,每公斤液氨裂解可制得2.64Nm3 混合氣體,其中含75%的氫氣和25%的氮氣。所得的氣體含雜質(zhì)較少(雜質(zhì)中含水汽約2克/立方 米,殘余氨約1000ppm), 再通過分子篩獲得高純度的氫氣。
展開 核能制氫—粉氫！
經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，人們已經(jīng)掌握了日益先進、不斷成熟的核能技術(shù)，成為當前人類大規(guī)模工業(yè)制氫的最佳選擇。核能制氫是將核反應(yīng)堆與先進制氫工藝耦合，進行氫的大規(guī)模生產(chǎn)。核能制氫具有不產(chǎn)生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規(guī)模等優(yōu)點，是未來氫氣大規(guī)模供應(yīng)的重要解決方案。
核能制氫原理
核能制氫就是利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱作為制氫的能源，通過選擇合適的工藝，實現(xiàn)高效、大規(guī)模的制氫；同時減少甚至消除溫室氣體的排放。核能制氫原理示意如圖所示。
核能制氫原理示意圖
核能到氫能的轉(zhuǎn)化途徑較多，包括以水為原料經(jīng)電解、熱化學循環(huán)、高溫蒸汽電解制氫，以硫化氫為原料裂解制氫，以天然氣、煤、生物質(zhì)為原料的熱解制氫等。以水原料時，整個制氫工藝過程都不產(chǎn)生CO?，基本可以消除溫室氣體排放；以其他原料制氫時只能減少碳排放。另外，利用核電電解水只是核能發(fā)電與傳統(tǒng)電解的簡單聯(lián)合，仍屬于核能發(fā)電領(lǐng)域，一般不視為真正意義上的核能制氫技術(shù)。因此，以水為原料、全部或部分利用核熱的熱化學循環(huán)和高溫蒸汽電解被認為是代表未來發(fā)展方向的核能制氫技術(shù)。
核能到氫能的轉(zhuǎn)化途徑
瑞典公司將利用核反應(yīng)堆制氫
綠色能源革命正在影響能源生產(chǎn)項目，核能制氫也成為國外眾多國家開始試驗的一大制氫方式。
近日，
瑞典
研究人員
開發(fā)出一種核能制氫方式，
以最大限度
減少
污染。
利用核能發(fā)電電解水制氫，會得到“粉氫”。瑞典能源研究人員正在鉆研粉氫的可持續(xù)性，因為利用核能制氫會給環(huán)境帶來放射性危害。
核能也有其顯著的優(yōu)點，核能發(fā)電向大氣中排放的溫室氣體幾乎為零；此外，核能正成為化石燃料的替代品，并且核能的低成本也為人所青睞。
展開 
基于全流程分析的中國煤制氫耦合CCUS技術(shù)碳足跡評估
因此，定量化評估 CCUS技術(shù)在降低煤制氫碳足跡方面的作用具有十分重要的現(xiàn)實意義。
評估方法
02
本文所探討的煤制氫耦合CCUS技術(shù)主要涵蓋煤炭開采及洗選①、煤炭運輸、煤制氫氣、CO2 捕集、CO2 運輸、CO2封存②等技術(shù)環(huán)節(jié)。需要說明的是，上述過程中產(chǎn)生的非CO2溫室氣體以及由煤炭自燃所引起的碳排放在本文中均不予考慮。綜上，煤制氫耦合CCUS技術(shù)的碳足跡核算邊界如圖1所示。
圖1 煤制氫耦合CCUS技術(shù)全流程能源相關(guān)
碳足跡評價系統(tǒng)邊界
鑒于煤氣化可能成為我國煤制氫工藝的重要途徑，故本文假設(shè)制氫技術(shù)路線為煤氣化制氫。從技術(shù)原理來看，煤氣化制氫是煤粉、煤漿或煤焦與氣化劑在高溫下進行部分氧化反應(yīng)，生成 H2與一氧化碳（CO）的合成氣，再經(jīng)過變換、低溫甲醇洗工藝、氫氣提純等工序，得到高純度產(chǎn)品氫氣的工藝過程，其工藝流程如圖2所示。
圖2 煤制氫耦合CCUS技術(shù)工藝流程示意圖
煤制氫耦合CCUS 技術(shù)碳足跡評估涉及的主要技術(shù)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)處理過程包括：
（1）煤炭開采及洗選；（2）煤炭運輸；（3）煤制氫；（4）CO2捕集、運輸與封存。
展開 干貨分享│煉化企業(yè)制氫方式都有哪些？哪種最劃算？
2
化石原料制氫
①煤制氫
我國的煤炭資源豐富，煤制氫技術(shù)的發(fā)展非常迅速，是目前我國最主要的制氫技術(shù)之一，其技術(shù)路徑是煤炭通過氣化轉(zhuǎn)化成合成氣，再經(jīng)水煤氣變化分離處理，提取高純度的氫氣。
煤制氫按照具體工藝流程有水煤漿氣化制氫和干粉煤氣化制氫，其中以航天爐技術(shù)、清華爐水冷壁技術(shù)和華理四噴嘴技術(shù)為代表的煤氣化技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，煤制氫裝置合成氣生產(chǎn)規(guī)模超過20萬m3/h，煤氣化制氫技術(shù)的轉(zhuǎn)化效率在55%~60%，同時合成氣裝置每生產(chǎn)1m3 H2，CO2的排放量約為2.710kg。煤制氫工藝的優(yōu)點是技術(shù)成熟、原料成本低、規(guī)模裝置大，缺點則是設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜、運轉(zhuǎn)周期相對低、投資高、配套裝置多。此外，煤制氫裝置必須要考慮二氧化碳排放問題，隨著我國碳排放政策的日益收緊，未來作為溫室氣體二氧化碳排放將會征收高額碳稅。
②天然氣制氫
天然氣制氫按照工藝路線的不同，主要分為蒸汽重整制氫、絕熱制氫、部分氧化制氫、高溫裂解制氫和自熱重整制氫等。目前國內(nèi)外主流制氫方式是蒸汽重整制氫。
天然氣蒸汽重整制氫主要包括4個流程：
a）原料預處理。主要指原料氣的脫硫過程。
b）天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化。多采用在鎳系催化劑作用下天然氣與水蒸氣反應(yīng)，天然氣中的烷烴轉(zhuǎn)化成主要成分為一氧化碳和氫氣的原料氣。
c）一氧化碳變換。在中溫或高溫以及催化劑條件下一氧化碳和水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，從而生成氫氣和二氧化碳的變換氣。
d）氫氣提純。最常用的氫氣提純系統(tǒng)是變壓吸附凈化分離系統(tǒng)(PSA)，凈化后得到的氫氣純度可以滿足燃料電池車用要求。天然氣蒸汽重整制氫裝置簡單，能效較高，能量轉(zhuǎn)化率可達70%以上，每生產(chǎn)1m3H2，CO2排放約為1.07kg。
展開 核電制氫來啦！！（內(nèi)附核電制氫詳解）
2019年1月15日，中核集團、清華大學、中國寶武三方簽訂《核能-制氫-冶金耦合技術(shù)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，三方將資源共享，共同打造世界領(lǐng)先的核冶金產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
目前中核集團的依托《框架協(xié)議》開展核能制氫冶金技術(shù)研發(fā)，對國內(nèi)外氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)進行調(diào)研，分析氫能產(chǎn)業(yè)宏觀布局、技術(shù)發(fā)展、經(jīng)濟成本等因素后明確氫能產(chǎn)業(yè)鏈的主要切入點，完成產(chǎn)業(yè)布局頂層設(shè)計。中核集團遠期的目標是在2030年后，利用已成熟的核能制氫和棄電制氫為產(chǎn)業(yè)源頭，開拓儲氫、運氫、氫燃料電池中下游產(chǎn)業(yè)。
而近期，美國能源部（DOE）宣布投入2000萬美元，支持亞利桑那州的核能制氫示范項目，使清潔氫能成為核電站除發(fā)電以外的重要經(jīng)濟產(chǎn)品，助力在未來10年之內(nèi)實現(xiàn)DOE“氫能攻關(guān)”科技化的制氫成本目標（1美元/千克）。
業(yè)界普遍認為，核能制氫才是大規(guī)模制氫方式的首選。
核能是低碳、高效的一次能源，其使用的鈾資源可循環(huán)再利用。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，人們已經(jīng)掌握了日益先進、不斷成熟的核能技術(shù)，成為當前人類大規(guī)模工業(yè)制氫的最佳選擇。核能制氫是將核反應(yīng)堆與先進制氫工藝耦合，進行氫的大規(guī)模生產(chǎn)。核能制氫具有不產(chǎn)生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規(guī)模等優(yōu)點，是未來氫氣大規(guī)模供應(yīng)的重要解決方案。
核能制氫原理
核能制氫就是利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱作為制氫的能源，通過選擇合適的工藝，實現(xiàn)高效、大規(guī)模的制氫；同時減少甚至消除溫室氣體的排放。核能制氫原理示意如圖所示。
核能制氫原理示意圖
核能到氫能的轉(zhuǎn)化途徑較多，包括以水為原料經(jīng)電解、熱化學循環(huán)、高溫蒸汽電解制氫，以硫化氫為原料裂解制氫，以天然氣、煤、生物質(zhì)為原料的熱解制氫等。以水原料時，整個制氫工藝過程都不產(chǎn)生CO?，基本可以消除溫室氣體排放；以其他原料制氫時只能減少碳排放。
展開 碳中和|電解海水制氫的機遇
但是其產(chǎn)氫效率低和溫室氣體排放量大也成為了制約煤制氫工藝進一步推廣的主要原因。
以甲烷為原料制備氫氣主要有兩種方法，一種是先制備水煤氣，然后再得到氫氣；或直接分解甲烷從而得到氫氣。這兩種方法都需要先活化甲烷分子，但由于甲烷分子惰性很強，成功活化需要較為苛刻的條件。即使甲烷在溫度低于700K時就可以生成合成氣，但只有在溫度高于1100K的條件下，氫氣產(chǎn)率才能達到較高水平。相較于煤制氫工藝，甲烷制氫溫室氣體排放量較小，是相對理想的工業(yè)制氫方式，但能耗高、生產(chǎn)成本高和設(shè)備投資大等問題卻也亟待解決。
③ 生物質(zhì)
制氫
。早在1949年Gest就發(fā)現(xiàn)了生物光合產(chǎn)氫的現(xiàn)象，1966年Lewis提出了生物法制氫的構(gòu)想。根據(jù)生物制氫技術(shù)所利用的產(chǎn)氫微生物種類不同，一般可分為厭氧發(fā)酵制氫和光合生物制氫兩類。生物質(zhì)制氫具有能耗低、溫室氣體釋放少、原料獲取方便等優(yōu)點，理論上能有較大的產(chǎn)氫能力。但其原料構(gòu)成復雜，初產(chǎn)物雜質(zhì)多，提純工藝困難且占地面積較大，不適合大規(guī)模制取。
通過厭氧發(fā)酵生物制氫有三種基本途徑，分別為混合酸發(fā)酵、丁酸型發(fā)酵、NADH途徑。NADH途徑制氫主要機制是葡萄糖在厭氧條件下，發(fā)酵生成丙酮酸，同時產(chǎn)生大量的NADH和H，當微生物體的NADH和H積累到一定程度時，NADH會通過微生物中的氫化酶的作用釋放分子氫。
展開 煉油廠干氣資源綜合利用的流程優(yōu)化
淺冷油吸收工藝與煉油廠吸收—穩(wěn)定系統(tǒng)接近，原料進裝置經(jīng)1臺壓縮機增壓，流程簡單且采用常規(guī)設(shè)備，裝置操作及維護都比較容易，淺冷油部分流程見圖1。
淺冷油技術(shù)的吸收尾氣經(jīng)膜分離提濃氫氣，考慮膜分離技術(shù)無法脫除部分雜質(zhì)，使產(chǎn)品氫氣滿足管網(wǎng)氫的要求，此工程按較高回收率（96.5%），相對較低純度（88.3%）考慮，粗氫氣經(jīng)現(xiàn)有制氫裝置PSA獲取質(zhì)量合格工業(yè)氫，膜分離部分流程見圖2。
而與之并列的PSA技術(shù)流程長且相對比較復雜，流程中使用真空泵、冷干機組等動轉(zhuǎn)設(shè)備以及多臺程控閥，依據(jù)經(jīng)驗預測裝置的運行穩(wěn)定性稍差，且設(shè)備維護相對復雜。同時，淺冷油吸收廢氣壓力為3.2MPa，可直接進入膜分離系統(tǒng)；PSA技術(shù)吸附廢氣較低，在進膜分離部分需增加1臺壓縮機，流程較復雜,投資和能耗均大幅增加。
03
產(chǎn)品分析
以1#催化干氣、2#催化干氣及1#加裂干氣為原料，采用淺冷油吸收技術(shù)，所產(chǎn)富乙烯氣產(chǎn)品中的C2及乙烯含量指標均可滿足乙烯裝置要求，其中H2+N2+CO2+CH4含量為4.09%，相對較低。如富乙烯氣中甲烷氫含量高，將對下游乙烯裝置不利，因為甲烷氫會占用裂解氣壓縮機以及深冷系統(tǒng)較多的負荷，導致乙烯裝置能耗增加。
對于淺冷油吸收技術(shù)，C2回收率>93%，如齊魯石化催化干氣回收裝置乙烯回收率為93.19%、齊魯焦化干氣回收裝置C2回收率為93.12%、福建聯(lián)合石化煉油廠干氣回收裝置C2回收率為93.75%、燕山石化煉油廠飽和干氣回收裝置C2回收率達95.47%。該技術(shù)采用塔內(nèi)吸收—解吸過程，C2回收率不受運行周期影響，且回收率容易通過增加或減少吸收劑循環(huán)量來進行調(diào)整。
展開 光伏發(fā)電制氫技術(shù)的經(jīng)濟可行性
通過計算，在滿足全部投資內(nèi)部收益率為 8% 時，不同造價下的電價如下表：
不同造價反算電價 ▼
結(jié) 語
光伏發(fā)電制氫在資源一類區(qū)域已具備經(jīng)濟可行性，較天然氣制氫、甲醇制氫成本較低，隨著光伏發(fā)電成本的持續(xù)下降，光伏發(fā)電制氫競爭力將進一步增強。本文未考慮氫氣運輸成本，光伏發(fā)電直供電制氫應(yīng)與需求方靠近，資源一類區(qū)域主要集中在西北區(qū)域，該區(qū)域氫氣用戶主要為煉化、化工企業(yè)，用氣量較大，對制氫站規(guī)模要求較大。
光伏組件價格下降較快，隨著價格進一步降低，部分二類資源區(qū)光伏發(fā)電制氫也將具有競爭力，該類區(qū)域相對靠近負荷中心，經(jīng)濟發(fā)達，氫氣需求量較大。光伏發(fā)電制氫工藝簡單、運維難度低，制氫規(guī)模可根據(jù)場地和需求進行模塊化組合，隨著燃料電池技術(shù)的進步，分布式可再生能源制氫供應(yīng)燃料電池也將是未來重要發(fā)展趨勢。
來源：科技前沿
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展開 碳排放│如何計算煉廠CO2排放量，這篇文章給你答案！
煉油產(chǎn)生燃燒排放的主要設(shè)備為熱電鍋爐、蒸汽鍋爐、工藝爐、渦輪和火炬等，工藝排放主要來自催化裂化裝置燒焦、制氫工藝排放以及裝置的催化劑再生等過程，因逃逸排放具有不確定性、排放數(shù)量很小，未來可以采用簡化方法估算，這里暫不考慮。
碳平衡計算方法
01
原料碳計算
煉油廠物料帶入的碳量總和具體計算公式為:
02
產(chǎn)品碳計算
煉油廠產(chǎn)品的主要化學元素是碳、氫、氧等，其中碳質(zhì)量分數(shù)為80.0%~95.0%，氫質(zhì)量分數(shù)為3.0%~21.0%，由碳和氫形成的烴類構(gòu)成煉油產(chǎn)品的主要組成部分，約占96%以上。
03
全廠碳平衡
綜合以上內(nèi)容煉油廠碳平衡可用下式表示:
04
排放碳
對計算方法的補充說明
①項目前期階段因無法確定產(chǎn)品的碳含量，只能以資料和文獻進行估算，因此碳平衡法計算的煉油廠外排CO2也是估算值，采用合理的數(shù)值可以得到較為可靠的結(jié)果，可用于項目可行性研究報告及項目固定資產(chǎn)節(jié)能評估等文件的編制。
②進入生產(chǎn)階段后，煉油廠配備的分析測試儀器，可隨時監(jiān)測和化驗煉油廠的原料及所有產(chǎn)品的性質(zhì)及組成，可以得到實際的碳含量數(shù)據(jù)，這時可以通過碳平衡法得到煉油廠外排CO2的準確數(shù)據(jù)，可用于煉油廠碳排放數(shù)據(jù)核算。
展開 
可再生能源電解水制氫儲能應(yīng)用前景廣闊
表1 三種典型電解制氫技術(shù)對比
由表1可以看出:堿性電解槽技術(shù)相對比較成熟，可以應(yīng)用于大規(guī)模制氫，且工藝簡單，成本低，但其難以快速啟動及適應(yīng)變載，無法快速調(diào)節(jié)制氫速率，與可再生能源發(fā)電適配性較差。
質(zhì)子交換膜電解槽負荷范圍寬，運行更加靈活，更適用于平抑可再生能源并網(wǎng)的波動性，且冷啟動時間相較于堿性電解水制氫技術(shù)快一倍以上，適用于交通、航空等需要快速啟動的領(lǐng)域，但當前技術(shù)還未實現(xiàn)大的突破，難以實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化制氫。
固體氧化物電解制氫技術(shù)應(yīng)用相較前者少的多，距離規(guī)模化制氫應(yīng)用尚需相關(guān)材料和催化劑技術(shù)進一步攻關(guān)，但其能耗低、能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點將使其在未來成為主流可再生能源規(guī)模化制氫技術(shù)，因此我國應(yīng)提前布局新興電解槽技術(shù)，攻關(guān)固體氧化物電解制氫技術(shù)難點。
在我國氫能市場中，堿性電解水制氫技術(shù)占據(jù)著主導地位，被更加廣泛地應(yīng)用于各大型電解水制氫項目中。
近年來，因質(zhì)子交換膜電解槽運行更加靈活且負載范圍寬的特性，國內(nèi)新建項目逐步轉(zhuǎn)為采用質(zhì)子交換膜技術(shù)耦合可再生能源發(fā)電進行規(guī)模化制氫，因此，開發(fā)新型電解槽技術(shù)，進一步提高電解水制氫效率和穩(wěn)定性。
電解水制氫工藝近年來發(fā)展迅猛，不斷突破技術(shù)瓶頸，并有大批規(guī)模化電解制氫項目落地，為可再生能源電解制氫技術(shù)提供了實踐支撐。目前國內(nèi)可再生能源電解制氫以堿性電解水制氫技術(shù)為主，國外質(zhì)子交換膜電解制氫技術(shù)應(yīng)用實例較多。
加拿大20MW項目作為全球最大的質(zhì)子交換膜電解水制氫項目可實現(xiàn)日產(chǎn)氫8640kg，該項目所采用的即為5MW質(zhì)子交換膜電解水制氫設(shè)備。
展開 我國氫燃料電池要攻關(guān)哪些核心材料和技術(shù)？
近期的綜述性研究工作，報道了氫燃料電池系統(tǒng)在雙極板、氣體擴散層、催化劑、膜電極、流場設(shè)計與分析等材料或組件方面的新進展。
我國提出了將于2030年實現(xiàn)碳達峰、2060年實現(xiàn)碳中和的發(fā)展愿景。積極發(fā)展氫能，引導高碳排放制氫工藝向綠色制氫工藝轉(zhuǎn)變，是能源革新發(fā)展，實現(xiàn)碳達峰、碳中和的重要舉措。氫能將是我國能源領(lǐng)域的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，氫燃料電池技術(shù)是實現(xiàn)氫能利用的先決條件。
為了促進我國氫燃料電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈的全面發(fā)展，本文依托中國工程院咨詢項目的支持，分析國內(nèi)外氫燃料電池技術(shù)關(guān)鍵材料、核心組件的研發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀，凝練我國發(fā)展氫燃料電池技術(shù)面臨的問題，梳理未來相關(guān)技術(shù)發(fā)展方向并提出保障措施建議，以期為行業(yè)技術(shù)發(fā)展提供基礎(chǔ)性參考。
二、氫燃料電池技術(shù)體系及發(fā)展現(xiàn)狀
氫燃料電池與常見的鋰電池不同，系統(tǒng)更為復雜，主要由電堆和系統(tǒng)部件（空壓機、增濕器、氫循環(huán)泵、氫瓶）組成。
電堆是整個電池系統(tǒng)的核心，包括由膜電極、雙極板構(gòu)成的各電池單元以及集流板、端板、密封圈等。膜電極的關(guān)鍵材料是質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴散層，這些部件及材料的耐久性（與其他性能）決定了電堆的使用壽命和工況適應(yīng)性。近年來，氫燃料電池技術(shù)研究集中在電堆、雙極板、控制技術(shù)等方面，氫燃料電池技術(shù)體系及部分相關(guān)前沿研究如圖 1 所示。
展開 煉廠氫氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成與優(yōu)化
氫氣系統(tǒng)模型開發(fā)
01
模型建立
氫氣系統(tǒng)模型主要涉及供氫裝置模型、耗氫裝置模型、氫回收裝置模型及其他裝置模型。不同于單元裝置模擬優(yōu)化研究，氫氣系統(tǒng)數(shù)學模型側(cè)重于數(shù)據(jù)平衡、變化預測、優(yōu)化求解等，不必過多考慮單元裝置內(nèi)部工藝過程機理，因此對氫氣系統(tǒng)數(shù)學模型進行特殊處理。供氫裝置模型主要包括制氫裝置模型、副產(chǎn)氫模型。制氫裝置模型可描述天然氣水蒸氣重整制氫、煤制氫等主要制氫工藝，模型是由實際裝置不同工況下運行數(shù)據(jù)分別擬合得來；副產(chǎn)氫模型可以描述重整產(chǎn)氫、乙烯裝置產(chǎn)氫等，模型則是人為輸入指定的氫氣流量、壓力、組成等信息。耗氫裝置模型如下圖所示。
原料油、補充氫及循環(huán)氫經(jīng)過反應(yīng)器后，再經(jīng)高壓及低壓分離器分離成高分氣、低分氣及油相。高壓及低壓分離器采用PR模型，反應(yīng)器模型參數(shù)是利用裝置不同工況實際運行數(shù)據(jù)，通過邏輯計算框圖迭代計算求得。
獲得不同工況下反應(yīng)器模型參數(shù)后，即能以此預測相近工況下的反應(yīng)產(chǎn)物分布變化。氫回收裝置模型主要包括膜分離模型、PSA模型。
膜分離裝置模型有兩種構(gòu)建方法：一是采用各氣體組分通過膜材料的滲透系數(shù)進行建模計算；另一種方法是根據(jù)實際裝置運行數(shù)據(jù)擬合求得各組分回收率進而構(gòu)建模型。PSA模型則根據(jù)裝置實際運行數(shù)據(jù)擬合求得各組分回收率進行建模。根據(jù)裝置實際關(guān)聯(lián)，將各基礎(chǔ)模型通過流股連接構(gòu)建全廠氫氣系統(tǒng)數(shù)學模型。
展開 借奧運之機，日本打樣氫能社會
02
日本的氫能源技術(shù)鏈
自上世紀80年代以來，日本國內(nèi)各企業(yè)在氫的能源化領(lǐng)域，已積累近40年之功，掌握了大量獨到技術(shù)，手握上萬項專利。
目前，其氫能利用體系，已經(jīng)完成了從制取、運儲，到最終消費整個環(huán)節(jié)。可以說，在某種程度上，已經(jīng)掌握了以氫來替代傳統(tǒng)化石能源的全技術(shù)鏈。
日本的氫戰(zhàn)略，主要分制取、儲運和使用三個環(huán)節(jié)。
第一步，制取方式。
傳統(tǒng)制氫工藝，是利用石油、煤炭以及天然氣等化石能源來制氫，或是在其他工業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)法收集作為副產(chǎn)品生成的氫。
▲石化制氫，是目前世界范圍內(nèi)制取氫氣的主要方式
通過此類方式獲得的氫，如果用來進行工業(yè)生產(chǎn)，那么基本已經(jīng)夠用。但若想將這些氫投入能源領(lǐng)域，則供應(yīng)量遠遠不能滿足需求。
因此，日本的氫資源供應(yīng)戰(zhàn)略采取內(nèi)外雙重措施并舉的態(tài)度，即將建立基于海外氫氣供給與國內(nèi)利用可再生能源制氫，作為兩個重點來共同推進。
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