安全的儲氫、運氫、供氫技術解決方案

　　—北京東方紅升新能源應用技術研究院有限公司

　　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展戰略中的重要一環。

　　2020年9月22日習近平主席在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上的講話指出：“應對氣候變化《巴黎協定》代表了全球綠色低碳轉型的大方向，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年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和 ”。

　　氫能具有能量密度大、熱值高、儲量豐富、來源廣泛、轉化效率高等特點，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型和實現我國“碳中和”目標的重要技術和產業支撐。

　　氫是所有元素中最輕的，在常溫常壓下為氣態，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：低溫液態儲氫、高壓氣態儲氫、固態儲氫和有機液態儲氫等;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點和缺點。20MPa氫拖車運輸技術成熟，是國內最普遍的運氫方式，但運輸效率僅為1.1wt%，適用于小規模、100km內的短途運輸，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、基礎設施建設投資高昂等瓶頸問題，是氫能產業發展的“痛點”和瓶頸問題。

　　國際能源署規定, 實用的儲氫系統其質量儲氫密度必須達到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用技術研究院有限公司致力于提供安全的儲氫、運輸氫、供氫的技術解決方案。

　　一、有機液相儲氫、運輸氫、供氫安全的技術解決方案

　　將氫分子與有機液體儲氫載體(LOHC)進行化學結合，有機液體載氫體(LOHC)技術將氫氣“儲存”于液體中，實現安全的儲、運、供過程。這種基于化學反應法的液體有機氫化物儲氫技術以其儲氫量大、能量密度高、液態儲運安全方便等優點引起了很多國家的關注，該技術被認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揮重要作用。

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

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

　　研究院還研發出了撬裝式、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小型日產氫100公斤，M中型日產氫500公斤，L大型日產氫1000公斤?？梢越o加氫站安全、經濟的提供高純氫，氫氣純度滿足氫燃料電池的技術指標要求。

　　二、安全、高體積高質量密度的儲氫及車載供氫技術解決方案

　　光纖儲氫是顛覆性的安全儲氫技術，氫氣存儲于一根根非常細小的光纖管中，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，把一根根細小的光纖管組合在一起構成儲氫模塊，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計加工。用光纖陣列構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，光纖儲氫系統把每一根細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境。

　　光纖儲氫技術的質量儲氫量非常高，可達到10-15 wt%，遠大于目前的所有儲氫技術。

　　技術創新點體現在以下幾個方面：

　　(1)安全性高，相對于高壓氫氣儲罐而言，光纖儲氫技術由無數細小的抗壓高純石英管組合在一起，形成一個超強的穩定結構。每一根細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境。

　　(2)光纖儲氫技術連接便捷、充氫迅速(以秒計)、模塊化可替換。光纖儲氫為模塊化構成，把一根根細小的光纖管組合在一起構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)光纖儲氫技術為模塊化結構，儲氫裝置的形狀、尺寸與容量可以隨意設計和安裝。

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

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

　　(6)光纖儲氫技術的質量儲氫量非常高，可達到10-15 wt%，遠大于目前的所有儲氫技術。

　　三、消氫消納技術簡介

　　隨著氫能的普及和應用，加氫站、燃料電池、氫氣生產和儲運等各個環節都得到了快速的發展。氫氣屬于易燃易爆氣體，在封閉的環境中，氫氣會在封閉空間頂部分層聚集，當氫氣濃度達到4.0%～75.6%時，會產生燃爆風險，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用和大規模商業化推廣的重要前提之一。針對以上問題，北京東方紅升應用技術研究院和北京科技大學經過合作研究開發出氫氣消納技術。在常溫下，通過催化反應使氫氣與氧氣發生反應生成水，從而消除氫氣累積的風險。

　　消氫消納技術產品特點：

　　(1)催化效率高達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等雜質對其性能影響小;

　　(4)設計靈活，可根據實際需求設計為各種形狀，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，并且在安全和經濟方面也有一定的優勢，是目前國內最易實現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。中國的甲醇產能8500多萬噸，并且分布很廣。甲醇儲氫量高達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，可利用現有基礎設施。人類已投資幾萬億美元建設了液體燃料基礎設施，這些基礎設施不會輕易放棄，甲醇制氫路線，可以很好地將已有的加油站等設施利用起來。

　　(三)甲醇分布式制氫?；诩状贾茪浼夹g的特點，可在站內制氫，現制現用;也可在化工園區集中制氫，再通過短距離運輸(<100km)至加氫站，兩種應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解決方案的優勢：

　　(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模工業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個標準化產品，型號最全，同款設備可同時實現流量、壓力、 純度、加熱方式可調;

　　(3)技術創新程度高 首次應用蓄熱技術，并整合了余熱利用、催化供熱、換熱等技術，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15000小時以上，為傳統制氫催化劑的1.5~2倍;

　　(5)無焰燃燒催化劑可實現甲醇、氫氣常溫起燃;

　　(6)全流程防爆，安全程度更高 設備全流程防爆設計，實現數字化、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分鐘之內出氫，同行業制氫設備開機至出氫需要30分鐘左右。