氢气的高压海底管道输送

采用管道将氢气从制氢厂输送至终端用户是氢能源运输的最好方式。挪威REINERTSEN公司进行了这项研究,用来评估在高压下将纯氢气或天然气/氢气混合物通过海底管道从陆上工厂输送至海上或海外终端用户的可行性。研究表明,高压下的氢对材料脆性和疲劳裂纹扩展有一定程度的不利影响,不利影响的程度与材料类型和焊接工艺有关,在设计和安装海底氢气输送管道或将现有天然气管道转换为氢气输送时,必须充分考虑高压氢气可能引起材料性能的变化和使用限制因素。建议建立疲劳寿命评估的相关数据库和评定试验规范,以便简化海底输氢管道的设计。     

氢能长距离输送的经济性研究

为了研究长距离输送氢能的经济性,选取两种不同输送方式进行经济性评估。一种方式是将可再生能源转化为电能,通过高压直流电力电缆传输,最终在用户端电解水制氢;另一种方式是先将可再生能源转化为氢气,再通过天然气管道将氢气输送给用户。分组对比了海上电缆、陆上电缆、海上管道、陆上管道四组传输方式,汇总数据分析传输距离、容量因数、传输容量等因素在四种传输方式中对氢的平准化度电成本（LCOE）的影响。结果表明：在4 000 km的传输距离下,通过管道输送氢能的最低平准化度电成本为7美元/kg;通过电缆输送电能再转化为氢能输送方式的最低平准化度电成本为9美元/kg。通过提高输送容量系数和传输规模可以进一步降低氢能的输送成本。     

空气产品公司建世界上最大的氢气管道供应网络

<正>空气产品公司于2010年10月14日宣布,将新建180英里长的氢气管道,以连接其现有的路易斯安那州和德克萨斯州氢气管道系统,从而创建世界上最大的氢气装置和管道供应网络。这个集成的管道系统将连接超过20套的制氢装置和超过600英里的管道,以供应路易斯安那州和德克萨斯州的炼油厂和石化工业,供氢量超过10×     

发展谷电制氢提高可再生能源部署能力的探讨

介绍了谷电制氢的必要性,并进行了谷电制氢的经济性分析。制氢装置可根据电网需求调节负荷,提高可再生能源部署能力,同时保障国家能源安全,并有效减排二氧化碳。所制氢气可用于氢气储能,注入天然气作为燃料气,用于炼油厂油品精制或炼钢,以及用于燃料电池汽车等。谷电制氢具有一定的经济性。应加大低成本、高能效电解槽的研发投入,开展管道掺氢输送的相关研究,以及可再生能源制氢在炼化企业应用的方案研究。     

油气产业氢能利用的经济性与CO2减排效益分析

中国在实现“双碳”目标和新型能源体系的构建过程中，油气产业发展中氢能利用具备独特的地域、技术和基础设施等优势。为此，总结了氢能产业的技术特点和油气产业发展氢能的优势，提出了4种典型的油气产业氢能发展路径，并运用蒙特卡罗模拟方法，从平准化成本和CO₂减排效益2个方面分析了各路径在不同资源禀赋条件下的发展趋势。研究结果表明：(1)蓝氢路径中，煤制氢耦合碳捕获与封存技术可以凭借其成本和CO₂减排优势作为油气产业氢气清洁化生产的过渡路径；绿氢路径的CO₂减排效益优于蓝氢路径，可以作为中长期的发展路径。(2)在天然气资源丰富、价格低于1.38元/m³的地区，天然气制氢耦合CCS技术具有较好的经济性和CO₂减排效果。(3)年光照有效发电小时数大于1 390 h的油气田布局光伏制氢向加氢站供应清洁氢气将具有一定的经济可行性。(4) 2030年，油气产业布局海上漂浮式风电制氢+天然气掺氢混合使用的业务在风力条件优越、年有效发电小时数大于2 900 h的资源区将具备可行性。(5)其他资源区氢能利...     

液体有机氢载体储氢体系筛选及应用场景分析

储运成本偏高已经成为制约氢能产业发展的瓶颈和挑战。在多种氢储运技术中,液体有机氢载体(LOHC)储氢被认为是最具发展潜力的方向之一,有望在氢能社会中发挥重要的作用。对几种LOHC体系进行了比较,认为甲基环己烷体系、N-乙基咔唑和二苄基甲苯体系目前相对成熟,正在走向商业化。对包括氢气跨洋运输与国际氢供应链、大宗氢气储运、可再生能源储能、基于LOHC储氢的站内制氢加氢站等未来能源体系中几种新型应用场景进行了分析,梳理了目前LOHC储氢研究面临的难题和研究方向,并提出了研究建议。     

掺氢天然气分离工艺方案及经济性分析

目的天然气管道掺氢输送被认为是氢能大规模、低成本、长距离运输的重要途径之一。为了获得高纯度氢气,需要在终端将掺氢天然气进行分离。目前,单一的氢气分离手段难以直接适用于低含量氢的掺氢天然气分离。 方法对比了几种常见的氢气分离技术的原理、工艺参数、优缺点等,结合掺氢天然气的特点,选定了“膜分离+变压吸附”耦合工艺路线,并针对掺氢比(摩尔分数,下同)分别为10%、15%、20%的掺氢天然气分离工艺方案进行了经济性分析,获得了各分离方案的成本。 结果 掺氢比为10%、15%、20%的综合分离成本分别为0.846 7 元/m³氢气、0.519 7 元/m³氢气、0.382 6 元/m³氢气。 结论较低含量的掺氢天然气分离成本较高,大规模推广应用仍面临经济性制约和诸多挑战。      

国内外氢气长输管道发展现状及分析

氢能作为重要的二次清洁能源,受到世界各能源国的高度重视,随着氢能发展、利用技术的不断成熟和完善,对于大规模集中制氢和长距离输氢来说,管道运输是最经济的方式。国外氢气管道研究起步较早,北美和欧洲等地区先后建成多条氢气长输管线,总里程逾千公里。国内氢能源开发利用较晚,氢气长输管道规模较小,目前仅建成三条几十公里长的氢气长输管道和两条上百公里的煤制气、氢气混合输送管道。在标准体系方面,欧美等地区以ASME B31.12和CGA G-5.6为基础,形成了比较完善的氢气长输管道标准体系,而国内仅有GB 50177和GB 4962用于氢气站的建设和氢气储存等,氢气长输管道领域的标准体系尚属空白。鉴于氢能源的技术、发展优势和国家氢能产业发展规划的需要,建议尽快建立国内氢气长输管道配套标准体系。     

某炼油厂氢气网络集成优化研究

针对现有氢气系统优化技术存在的优化过度、模型难收敛等问题,研究开发了基于分区建模协同优化的氢网络集成优化技术。以某炼油厂氢气网络实际运行优化研究为例,在氢气系统现状分析基础上,将氢气系统分解成供氢单元、用氢单元、氢回收单元3个子系统,在用氢单元、氢回收单元优化基础上,构建了以氢气供应成本最低为目标函数的氢气网络集成优化模型。应用研究开发的模型,设计了制氢装置产能优化、氢气梯级利用、氢气回收、集成优化等4项优化方案。方案实施后,回收氢气资源7 270 m³/h,外购氢量由20 000 m³/h减少至4 500 m³/h,氢气利用效率由83.33%提升至92.01%,节省氢气成本3 953万元/a。该优化方案提高了氢气系统用氢安全性、稳定性、经济性。     

LNG产业视角下不同天然气制氢模式的终端氢气成本分析

氢能的快速发展为LNG产业延伸产业链、提高附加值提供了宝贵的战略机遇。站在LNG产业视角,给出了三种融合发展氢能的路径,并基于这三种路径设想了六种最贴近实际、最可能得到实施的发展模式。分别对六种发展模式的制氢、储运和加注三个环节的氢气成本,以及出加氢枪终端的氢气总成本进行了分析,并与副产氢模式进行对比。结果表明LNG产业发展氢能在成本上具有一定的竞争力,城市周边的大、中规模天然气制氢模式和站内小型天然气制氢模式是重点发展的方向。国际氢供应链目前的氢气成本较高,液态有机物氢载体(LOHC)的整体氢气成本低于液氢,未来随着氢气国际贸易的成熟和规模的扩大,成本有望大幅降低,成为与LNG产业平行的进口氢气新产业。     

海上风电制氢经济评价模型及关键影响参数

全球绿色低碳转型正在加速，多国聚焦可再生能源制氢技术，大力培育绿氢产业。其中海上风电制氢技术具有项目规模大、产能优势明显、毗邻水源地、制氢原料充足等优势，越来越受到各国的关注，但过去对该技术方案经济性的研究多局限于欧洲区域，结论具有局限性。为此，以中国广东省海域某海上风电项目为例，按照输电方式、售电比例、制/输氢技术等设计了5种方案，并计算了不同方案的项目内部收益率（IRR）和平准化制氢成本（LCOH），进而剖析了风场规模、离岸距离、制氢技术、氢气售价等多个敏感性因素对关键指标的影响程度。研究结果表明：(1)离岸距离是决定项目开发方案的关键因素，当离岸距离小于100 km时，采用交流输电技术的并网发电方案IRR最高，当离岸距离超过150 km时，离网制氢方案IRR整体更优；(2)对比不同离网制氢方案，海上制氢配合专用管道输氢模式，无论在IRR还是LCOH方面始终优于岸上制氢模式，两者的经济性差距随离岸距离的缩小而收窄。结论认为，提升项目规模、提高氢气售价、减少或不使用储氢设施以及采用碱性电解槽可以大幅提升海上风电制氢项目的经济性，使LCOH低于22.5元/kg，基本具备市场竞争条件。     

制氢装置管道材料的选用

对于典型的制氢流程 ,其装置中的腐蚀介质主要有氢气和二氧化碳。氢气可以使金属材料产生氢损伤 ,二氧化碳水溶液可引起设备产生全面腐蚀和点蚀。制氢装置中的管道应依据Nelson曲线进行选材 ,在考虑安全性的同时 ,也要考虑其经济性问题。文章推荐其进料系统的管道主材可选用 2 0号碳钢 ,脱硫和转化部分的管道主材可选用Cr5Mo ,临氢部位要进行焊后热处理 ;变换部分管道主材可选用 0Cr18Ni9;PSA单元 (变压吸附 )一般可选用碳钢 ,但要验证其抗疲劳破坏能力     

分布式制氢技术的发展及应用前景分析

氢能产业发展的关键制约因素是氢气的运输和储存。阐述了发展分布式制氢的必要性,回顾了天然气、甲醇和水电解技术用于分布式制氢的发展状况,展望了分布式制氢技术经济性的优势和发展前景,提出我国分布式制氢发展的建议,提议未来要更重视可再生电力电解水制氢技术的开发。     

掺氢天然气管道输送研究进展

可再生能源发电制氢被认为是解决弃电消纳问题的一条有效途径,将氢气以一定的比例掺入天然气中,利用现有的天然气管道或管网进行输送,有可能是当前实现大规模氢气输送的最佳方式。为此,围绕掺氢天然气管道输送中的若干关键问题,通过文献调研的方式回顾和分析了近年来国内外掺氢天然气管道输送的主要研究进展。研究结果表明:(1)天然气管道允许的掺氢比上限仍不明晰,需重点揭示掺氢天然气对典型管材氢脆和氢腐蚀的影响,建立典型管材关键力学性能数据库和相容性评价体系;(2)要探究掺氢天然气的泄漏、积聚、燃烧和爆炸等安全事故特征和演化规律的变化,需明确掺氢对安全事故产生的新影响,发展缺陷在线智能监测和应急修复技术;(3)目前掺氢天然气管输风险评估和可靠性评价方法研究不足,需要开展考虑掺氢影响的天然气管输完整性评价和智能管理;(4)进一步完善掺氢天然气管输配套设备、输送工艺、掺氢及氢分离工艺等,并尽快制订掺氢天然气管输技术标准和安全运行技术体系。结论认为,该研究成果可以为掺氢天然气管道输送关键技术的研究和推广应用提供有益的参考。     

动态·简讯

美新建制氢装置　　在日趋严格的环保法规的推动下 ,未来几年美国用于石油炼制方面的氢气需求将快速增加。一些炼厂改变传统的自建制氢装置的做法 ,而由工业气体公司供应 ,因此 ,商品氢产量的增长更快。美国Praxair公司最近在德克萨斯投产了两套总生产能力达 5 6 6万m3 /d的新制氢装置 ,使该公司在美国海湾地区沿岸的氢生产能力提升近 5 5 % ,所产氢气除供应当地的大型炼油厂外 ,还供应该公司的世界最大的30 0km长的氢气管输系统沿线的客户。该公司目前在世界范围内拥有 2 8套蒸汽 -甲烷制氢装置和 7条氢气管道输送系统 ,氢气总输送能力达 …     

天然气管道注氢掺混过程数值模拟研究

将氢气掺入已有天然气管道混合输送，被视为低成本转运绿色氢能的重要手段。利用计算流体力学方法数值研究了不同浓度氢气注入天然气管道后的混合过程，对比分析了不同注氢位置、不同注氢管径以及不同注氢量对均匀掺混距离的影响。结果表明：相较于从管道上部或下部注入，从管轴注入达到均匀混合的距离最短，这与注氢口下游气流的湍动强度有关；当从中部注入时，随着注氢管径的增加或注氢量的减小，管内气流湍动强度增强，均匀混合所需的距离缩短。因此，在工况允许的条件下，将注氢口伸至天然气管道管轴处，并适当增大注氢管径，可以实现较快的均匀掺混。     

政策要闻

<正>加快制订氢能源发展战略面对石化燃料能源日益枯竭的严重挑战,以及不断苛刻的环境要求,近年来世界各国纷纷把科技力量和资金转向新能源的开发上,氢能以清洁、高效、质轻等优点,受到了人们的青睐。氢作为一种二次能源,传统的制氢法主要有矿物燃料制氢和电解水制氢,目前一些新的制氢法如生物制氢、太阳能制氢、核能制氢等应运而生,,但距离商业化生产尚有距离。氢能接近商业化利用方式主要是直接燃烧、燃料电池,核聚变利用正处探讨阶段。专家认为,只要能解决氢能源的分配系统,氢能的应用就上路了,特别指出的是氢燃料电池技术将引发一场汽车技术革命。发展氢燃料电池汽车将是我国经济持续发展新的增长点。预计到2010年,我国燃料电池汽车将达到1000辆,氢气需求量将达2．5～3吨。     

天然气管道输送混氢天然气的可行性

将氢以一定比例掺入天然气作为家用燃料使用,被认为是减少温室气体排放的途径之一,而利用现有发达的天然气管网输送混氢天然气（HCNG）至终端用户则被视为可行的方法;但由于氢气与天然气在物理化学性质方面存在着差异,HCNG有可能对燃气终端用户以及管道输送工况造成较大的影响。鉴于我国目前尚未出台HCNG作为燃料及其输送的相关标准,为此采用德尔布指数法、韦弗指数法、高沃泊指数与高热值法分别对天然气在不同混氢比下的燃气互换性和燃烧特性进行了评估分析,同时基于HYSYS软件和相似原理建立管道模型,分析了氢气的混入对天然气管道和压缩机运行工况的影响。研究结果表明：①随着混合气体中氢气体积分数的增加,燃具的热负荷下降,燃气的火焰传播速度急剧增大,燃具发生回火的风险增大,并以此确定对于天然气管道供应系统来说混氢天然气的最大混氢体积比不应超过27%;②氢气的混入虽然能提高管道的输气能力,但当管网和压缩机联合运行时其平衡工作点对应的压力和流量都将减小,反而会降低管道的输气能力。结论认为,该成果为天然气管道输送混氢天然气的可行性研究提供了基础数据。     

石化企业新建供氢中心高压氢气管道试验方案探讨

基于某石化企业内新建供氢中心的工程案例，比较了国内相关氢能设计标准规范(GB 50177,GB/T 50156,GB/T 50516和Q/SH 0770)的适用范围和针对氢气管道试验的要求。针对该项目设计压力为25 MPa的高压氢气管道，采用ASME PCC-2规范计算采用气压试验时管道储存的能量并预估最小安全距离。计算结果表明：因需要较大的安全防护距离，将气压试验作为压力试验方案难以实施。提出了高压氢气管道的(强度)压力试验、气体泄漏性试验和泄漏量试验方案，总结了高压氢气管道试验应关注的其他因素，主要包括水压试验氯离子浓度的控制、水压试验温度、管道坡度设置以及试压过程管道的周向应力和轴向应力校核等。     

大型煤制氢变压吸附技术应用进展

由于煤化工产业壮大、原油劣质化、燃油品质升级、氢能技术进步等趋势影响,氢气需求量将大幅提升,为低成本的大规模煤制氢带来了机遇和挑战。我国大型煤气化技术具有规模大、压力高、煤种适应性广等特点,与此相适应的大型煤制氢单元中变压吸附制氢已成为提纯氢气的主流技术之一。根据现有的变压吸附制氢工艺、设备、规模等发展现状,讨论了大型煤制氢变压吸附技术的发展方向。