每一升氢气都让你倾心——专访中国石化石油化工科学研究院首席专家、教授级高级工程师徐广通

正中国石化制定国内首套氢源品质分析技术和检测体系。近日,来自中国石化石油化工科学研究院(简称石科院)的一条消息再次点亮了氢能源汽车发展的预期。由石科院承担的"质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气质量检测项目"获得国家认监委资质认定(CMA),标志着该院可检测燃料电池车用氢气品质,并向社会出具具有法律效力的分析报告。中国石化由此成为国内首家且目前是唯一获得CMA资质的单位。     

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研究燃料汽车及其氢源系统是当今国内外能源工业与汽车工业的共同课题，而优选制氢能源则是这一课题的关键。章介绍了利用能源、经济、环境(EEE)——生命周期评估(LCA)这一综合评估方法，针对以天然气、煤或石油作为制氢能源的多种燃料电池氢源供应方式以及配套的燃料电池汽车系统，从经济性、能源利用效率和环境影响三个方面进行了生命周期清单分析和EEE综合评价。结果显示：天然气作为发展燃料电池汽车氢源的一次能源，具有氢制取技术路线多样化、经济上竞争力强、能源利用效率高和环境效益好等诸多优势，应为燃料电池汽车的首选制氢能源。对这一评估模型的敏感性分析显示，即使在天然气价格波动较大时，天然气制甲醇--甲醇车载重整车和天然气制氢--纯氢车这两个方案仍然最具优势。     

基于质子交换膜燃料电池车用氢气产品质量标准GB/T 37244的探讨

目的质子交换膜燃料电池车用氢燃料是连通氢能产业上游制氢环节和下游应用场景的核心介质,针对现行产品标准GB/T 37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气》中涉及的杂质含量限值和分析方法,对其进行研究探讨。 方法梳理国内氢燃料产品质量标准的演进历程,对比国外相关的氢气产品指标及分析方法标准,调研国内氢源现状衍生的杂质组分情况和实际分析需求现状。 结果氢燃料中关键杂质以及其他杂质的组成要求应根据实际研究结果完善限值指标。建议针对氢燃料来源多样导致引入杂质组分的不同,采用关键组分核查与型式检验、出厂检验相结合的检测方式。 结论在满足国内氢燃料质量要求和国际标准ISO 14687:2019《Hydrogen fuel quality-Product specification》的前提下修订现行的产品质量标准,完善健全氢燃料质量分析方法标准体系和溯源链条,以保证分析的准确性和提高分析效率。      

氢燃料电池用氢气中14种痕量杂质分析技术综述

氢燃料电池用氢气纯度、所含杂质的种类及含量对氢燃料电池的放电性能和寿命具有重要影响。详细阐述氢燃料电池用氢气中总硫、氨、总卤化物、甲醛、甲酸、一氧化碳、二氧化碳、总烃、氧、氮、氦、氩、水、颗粒物14种痕量杂质对燃料电池性能影响,以及离线和在线分析技术的现状、研究进展,配备硫化学发光等检测器的气相色谱技术和傅里叶变换红外光谱技术在多项杂质检测方面的应用,最后对分析技术的发展进行了展望。     

基于氢源与交通网络的加氢站规划布局方法

合理有效的加氢站网络规划布局,对于大规模推广燃料电池汽车等氢能产业具有重要意义。综合考虑加氢站网络的上下游环节,基于氢源以及交通网络对加氢站进行经济性分析,搭建了加氢站网络用氢成本模型以及流量捕获模型。结合快速非支配遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic AlgorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)与理想解评价法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution,TOPSIS),以最小化加氢站网络用氢成本、最大化捕获交通流量为目标,得到加氢站网络的最优规划布局方案(站点个数、规模、位置及氢源选择)。最后,以一个27节点氢源、25节点交通网络为例,分别针对不同氢源原料价格以及运输距离的情况进行优化计算,在优化布局方案下,加氢站网络用氢成本远远低于当前国内加氢站用氢成本(约70元/kg),而捕获的交通流量也达到了总交通流量的70%,算例优化结果进一步说明了规划布局方法的可行性与有效性,对中国加氢站网络的规划布局具有一定的指导意义。     

从天然气中生产氢的经济性

氢是用于零排放高效燃料电池车辆的主要燃料。如果能够在靠近低价天然气源的大型中央装置中生产氢，氢燃料电池车辆就能与常规矿物燃料汽车在燃料供应方面展开竞争。在高油价时代，氢的生产成本应与石油燃料的价格相当。虽然正在研究生产技术的改进，但技术突破不会造成生产成本的较大差异。较大的未知数是氢的运输和配送成本以及所需的配送压力。     

基于机会约束MINLP模型的多工况氢气网络操作优化技术

随着日益严格的环保标准以及新能源需求的不断增加,氢气已经成为炼油厂的重要资源。针对炼油厂存在多种工况的情况,在氢源产氢量、氢阱耗氢量、市场价格不确定的环境下,以氢气网络运行与CO₂排放成本(TOEC)之和为目标,考虑氢源标况流量、氢阱标况流量、氢气含量、压缩机、变压吸附(PSA)装置、燃料和管道约束,建立了多工况机会约束混合整数非线性规划(MCC-MINLP)氢气网络操作优化模型。对某炼油厂涉氢装置运行数据进行拟合,得到不同工况下产氢量与耗氢量的分布情况后,在不同置信水平下求解MCC-MINLP模型,得到了各工况的氢气网络最优操作方案。计算结果表明,通过增加一套PSA装置以及对应管道,可以减少15.17%～16.68%的新氢使用量并优化原氢气网络结构,优化后氢气网络的TOEC降低了2.19%～2.34%。     

普渡大学H2Bioil生物燃料工艺过程可望与原油价格相竞争

美国普渡大学的研究人员称,普渡大学开发的生产生物燃料的快速氢解-加氢脱氧H2Bioil工艺过程的成本,可望与99～116美元/bbl(1bbl≈159L)的原油价格相竞争,这取决于氢源、生物质成本以及是否执行联邦碳税制。他们的分析报告已发表在《Biomass Conversion and Biorefinery》杂志上。     

使用微波辅助甲烷分解制富氢燃料的方法和系统

一种生产富氢燃料的方法,包括提供甲烷气流和催化剂;使用微波辐射对催化剂和甲烷气体进行加热,而不是对反应器器壁加热;使甲烷气体通过催化剂上方,控制微波能量生产所需组成的产品气体。一种制富氢燃料的系统,包括一个甲烷气体源、一个含催化反应器和用于加热催化剂的微波源。     

二氧化碳制取燃料工艺完成验证

<正> 总部位于美国加利福尼亚州圣巴巴拉(Santa Barbara)的碳科学公司(Carbon Sciences Inc.)干2010年4月底宣布,已经成功验证了CO_22制取燃料的工艺过程,该工艺过程在温和条件下使用排放的烟气作为CO_2来源,并使用微咸水作为氢源。     

石化业制氢过程中温室气体排放的识别与核算——以烃类转化法制氢为例

氢气在应用环节虽然可以实现零排放,但制氢过程却是石化行业温室气体的重要排放源之一。阐述了温室气体排放源识别的基本思路。以烃类转化法制氢为例,识别石化业制氢过程中主要温室气体的种类及其排放源,将排放源分为燃料燃烧、化学反应、装置逸散3大直接排放源以及外购能源(如电力和热力)导致的间接排放源。基于产品的工业碳足迹评价方法及物料平衡原理,构建了烃类转化法中不同排放源的温室气体排放率核算模型;利用模型估算了以炼油厂干气为原料及燃料的烃类转化制氢温室气体排放率,核算结果与目前国内外的研究结果一致,验证了该核算模型的适用性。     

国外动态

经催化处理的低硫汽油可望用于燃料电池氢源　　燃料电池用氢气除要求CO含量低外,还必须从低含硫的物流制取,因为硫会毒害现有燃料电池系统所用催化剂。虽然某些来源的烃类含硫低,如处理过的天然气、甲醇、天然气合成油(GTL)和二甲醚(DME),但日本国家先进工业科学技术研究院(AIST)的研究人员认为,超低硫汽油也可望成为较好的氢源。根据这一理念,AIST的研究人员正在开发新的加氢处理催化剂,以用于生产超低硫汽油。这种催化剂由钯铂合金(Pd∶Pt=4∶1)的纳米颗粒组成,负载于不稳定的Y型分子筛上,并用镱(YbUSY分子筛)使之稳定。在实验…     

各种车用替代燃料影响下的国内成品油市场

本文分析了国内生物质液体燃料(燃料乙醇、生物柴油)、电动力和氢能源、煤基液体燃料(煤制油、燃料甲醇)、车用燃气(CNG、LNG和LPG)4类车用替代燃料的发展现状和发展前景。测算了各种车用替代燃料对国内成品油市场的影响,并提出了建议措施。2017年替代汽柴油量在3 600万t左右,占全国汽柴油表观消费量的12.5%,预计2020年替代量达到6 500万t左右,占全国汽柴油消费量的20%以上,其中燃料乙醇、生物柴油、电动力替代量将显著增长,氢能源也崭露头角,车用天然气增速放缓、替代主体地位逐渐被削弱,煤制油产销量受油价影响较大,尚存在一定的不确定性。各种车用替代燃料发展速度和替代规模的不同也将影响国内消费柴汽比。     

源岩生烃潜力的有机岩石学评价方法

以酒东盆地侏罗-白垩系为例,介绍一种根据干酪根和(或)有机显微组分在源岩中的含量和“富氢组分/贫氢组分”值,结合镜质组反射率R0值和源岩果计厚度多项参数,采用计分定量化单井剖面、不同构造单元或同一凹陷内部烃源岩生烃潜力的对比评价方法.     

二氧化碳氛围下的油酸催化加氢脱氧制备C_8～C_(15)烷烃

<正>中国的研究人员提出了一条用CO_2氛围代替H_2氛围将油酸转化为C_8~C_(15)烷烃(喷气燃料馏分)的新途径。在CO_2氛围中,C8~C15烃的产率(摩尔分数)达73.10%,远高于H_2氛围中的49.67%。研究人员称,在没有外界H_2源参与的情况下,可作为燃料的产物生成过程涉及烯烃C_3H_6的芳构化、CO_2和烷烃C_3H_8参与的氧化脱氢、以及氢转移反应,这些反应释放出     

经催化处理的低硫汽油可望用作燃料电池氢源

燃料电池用氢气除要低含CO外,还必须从低含硫的原料中制取,因为硫会毒害现有燃料电池系统所用催化剂。虽然某些来源的烃类含硫低,如处理过的天然气、甲醇、天然气合成油(GTL)和二甲醚(DME),但日本国家先进工业科学技术研究院(AIST)的研究人员认为,超低硫汽油(ULSG)也可望成为较好的氢源。     

炼厂副产氢生产燃料电池用氢气应用研究

在分析燃料电池用氢气的标准要求以及深冷分离法、膜分离法和PSA法三种提纯氢气方法的基础上,研究并确定了适合于工业富氢气生产燃料电池用氢的PSA技术,并在中国石化燕山分公司成功应用;建成了一套规模2000 Nm~3/h、采用炼厂副产氢提纯燃料电池用氢的PSA装置。结果表明,产品氢的各项指标均达到燃料电池用氢气的要求。     

制氢装置转化炉炉管花斑原因分析及对策

2010年中国石化洛阳分公司制氢装置四开三停,并且一直处于较低加工负荷下运行(30%左右)。作为装置核心的转化系统,受到较大的影响,转化催化剂出现大面积局部结炭,表观现象是炉管顶部到中部出现大面积"花斑",并且个别炉管已出现了"红管"现象。针对此情况对原料气性质及装置运行情况进行了分析,并探讨了炉管花斑可能带来的影响:造成炉管堵塞,气流无法畅通;产生整根炉管高温或超温,长时间运行,炉管会发生高温蠕变;热膨胀不均匀,局部应力过大,使材质原有小缺陷发展为超标缺陷,导致炉管破裂。分析认定负荷率偏低(30%)、原料气硫含量超标(高达1 000μg/g)、火嘴调节不当是主要原因。针对"花斑"及"红管",提出了优化原料、调整转化炉参数、引入焦化干气等处理措施,转化炉的运行状况有了较明显的改善,炉管"花斑"及"红管"现象得到了较好的抑制,没有扩大趋势,确保了充足氢源和用氢装置的稳定运行。     

真空变压吸附技术的工业应用分析

阐述了某乙苯装置的副产物烷基化尾气及柴油加氢装置的反应低分气的混合原料气中含有50%的氢气,为了回收该部分尾气中的氢气作为全厂汽、柴油加氢的氢源,通过技术比选采用抽真空变压吸附(VPSA)技术,将混合原料气中的氢气加以回收利用,同时产生的解析尾气并入燃料气管网,重点对该技术应用情况进行分析。     

临氢脱色工艺用于提高3号喷气燃料质量

为了使喷气燃料达到国家标准GB6 5 37— 94的修改补充指标 ,设计了临氢脱色工艺对 3号喷气燃料调合组分分子筛脱蜡精油进行精制。三年的生产表明 ,采用RN 1催化剂 ,在低温 (16 0～ 179℃ )、低压 (1.35MPa)、低氢油比 (47～ 117)和高空速 (2 .2～ 5 .5h- 1 )的缓和加氢条件下 ,可以生产出合格的产品。介绍了设计特点和装置运行情况。