“双碳”背景下制氢技术前景展望

在全球能源转型的浪潮中,氢能产业迎来了前所未有的发展机遇。为促进氢能产业高速高质量发展,推动氢能从传统工业原料向大规模能源应用转型,国家发改委和能源局于2022年联合印发了《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》,从国家层面上明确氢的能源属性,提出氢能产业发展的基本原则以及各阶段的发展目标,部署了推动氢能产业良性健康发展的重要举措。围绕“双碳”目标下热门制氢技术的研究进展进行综述,分析各制氢技术的优缺点,最后对未来制氢技术的发展趋势进行了展望。     

石化行业碳中和技术路径探索

2019年,中国石油和天然气消费所排放的CO₂为21.1亿吨,占全国总排放量的21%。在我国2060年碳中和目标下,石化行业亟需碳中和技术创新。本文介绍了国内外石化行业碳中和政策措施,从碳减排、碳零排和碳负排三方面分析了石化行业碳中和技术路径。碳减排方面包括石油/天然气绿色开发、过程低碳利用、减污降碳协同技术;碳零排方面包括可再生能源与核能发电、绿氢以及零碳原料/燃料替代,如生物质制汽柴油、芳烃等大宗能源化学品技术;碳负排方面包括生物能源与碳捕获和存储（BECCS）及CO₂转化燃料化学品技术。此外,还介绍了石化行业碳中和信息技术,包括人工智能、大数据和物联网三方面。本文将为我国石化行业碳中和路径探索提供技术参考。     

制氢技术现状及展望

矿物燃料制氢是主要的制氢方法，其中以天然气蒸汽转化制氢的成本最低。重油部分氧化和煤气化曾经是制氢的重要方法，由于生产成本较高其发展有所减缓。这三种制氢过程制得合成气后还要经过变换完成进一步制氢，最后脱除CO2得到较纯的氢气，过程复杂。随着燃料电池的商业化进程的日益加快，低成本的、不含或少含CO的制氢技术受到广泛关注，其中铁蒸汽法和甲烷催化裂解法制得的氢气不含CO和CO2，过程得到简化。显然，矿物燃料制氢要向大气排放大量的温室气体，对环境不利。水电解制氢是较理想的制氢方法，不产生温室气体，但生产成本较高。因此水电解制氢适合电力资源如水电、风能、地热能、潮汐能以及核能比较丰富的地区。其他制氢技术如热化学制氢、太阳能制氢、生物质制氢以及等离子体制氢也在开发之中，相信是矿物燃料制氢与水电解制氢的有效补充。     

计量技术在石油石化企业中的应用

石油石化企业与我国国民生活息息相关,石油石化也是我国最为基础的能源。我国人口众多,由于前些年对石油石化资源开采过度,从而导致此能源面临着匮乏的境地,而先进的生产技术不仅在一定程度上缓解了资源浪费的现象,也有助于我国石油石化企业提高国际市场的竞争力。计量技术作为石油石化生产中的一大重要环节,贯穿了生产的全过程,对石油石化企业的经济效益产生了重大影响,可以说,计量技术的运用质量直接决定了石油石化企业的发展方向,石油石化企业在发展过程中,不能只注重提升企业的经济效益,还要依照我国的国策对环境加以保护,可行性强的计量技能可以满足石油石化企业的双向发展要求。     

碱性膜电解水制氢技术现状与展望

开发清洁高效的可再生能源是未来能源转型的必然趋势。氢能作为一种绿色无污染的能源载体,可通过电解水技术实现氢能与电能的高效转化,有望作为风力、光伏发电的重要调节手段。碱性膜电解水制氢能够提高电流密度,增加能量转化效率,优于碱性水溶液电解水制氢;与此同时,可采用铁、镍等非贵金属制备催化剂,克服质子交换膜电解水制氢使用贵金属催化剂带来的设备昂贵、资源受限问题。本文综述了碱性膜电解制氢技术发展现状,重点围绕自支撑催化电极、耐碱腐蚀离子膜、有序结构膜电极开展讨论,包括催化剂制备策略,耐碱离子膜发展现状,以及有序化膜电极的应用优势,阐释电化学工程中的传质与反应耦合原理。本文为进一步研究开发高性能电化学关键材料提供了指导思路,推动电解水制氢技术的发展。     

浅谈石化电站电能计量系统设计

石化电站在消耗燃料的同时,向全厂的工艺装置提供蒸汽及部分电力。在对石化电站进行能耗指标评价、制定节能目标以及结算电费等时,都需要用到耗电量,耗电量由电能计量系统来提供。本文从设计的角度,对石化电站的电能计量系统设计选型、电能计量范围和组屏方案、网络通讯以及相关设计规范等进行了简要介绍。     

燃料电池用柴油重整制氢技术现状与展望

现有储氢技术在储氢密度、能耗及相应的基础设施建设等方面存在明显短板,难以满足燃料电池技术商业化发展需求,现场制氢技术得到了广泛关注。其中,柴油重整制氢技术以其理论产氢比率高、适用领域广、基础设施完善、安全性好、成本低等优点,可广泛应用于汽车、船舶、分布式发电等民用领域以及潜艇、舰船等军事领域,成为热点研究之一。本文综述了柴油重整制氢的分类,详细介绍了蒸汽重整、部分氧化重整和自热重整制氢的反应机理,并对三种重整反应的优缺点进行了对比分析;在此基础上,概述了三种重整反应国内外研究现状。总体而言,蒸汽重整产物中氢气浓度最高但系统质量较大,比较适用于固定制氢领域;自热重整技术系统结构较为紧凑,产物氢气浓度适中,比较适用于汽车等移动制氢领域;部分氧化重整技术由于产物H₂/CO比率较低,加之反应温度较高,容易发生结焦反应,目前其应用领域还相对有限。     

甲烷催化裂解制氢和碳纳米材料研究进展

甲烷通过催化裂解反应可生成不含碳氧化合物（CO_x）的高纯氢和碳纳米材料（如碳纤维或碳纳米管等）,对我国能源结构的调整及新材料的应用具有重要意义。与其他制氢工艺相比,甲烷催化裂解制氢工艺具有反应过程简单、产物清洁无污染、反应成本低等优点,因此该工艺具有重要的工业应用前景。本文重点阐述了催化剂（活性组分、催化剂载体、制备方法等）以及反应条件（催化剂还原条件、空速、反应温度等）对甲烷转化率、氢气产率和碳纳米材料（形貌和产量）的影响并对甲烷催化裂解反应机理、催化剂的失活与再生进行了概述。甲烷催化裂解反应目前仍处于实验室研究阶段,高效催化剂的研制以及流化床反应器的优化是该反应实现工业化应用的必要前提。     

基于神经网络-遗传算法优化制氢工艺水碳比

根据某炼油厂制氢车间的生产数据,用人工神经网络(ANN)的反向传播(BP)算法建立了制氢装置转化生产中的水碳比神经网络预测模型,生产数据的检验表明,ANN方法能准确地关联和预报制氢装置转化生产中的水碳比,水碳比预测平均相对误差为2．83％;该神经网络预测模型用遗传算法优化并得到了最佳制氢工艺操作条件。     

质子交换膜水电解制氢技术现状与展望

介绍了氢气来源以及不同水电解制氢技术发展现状,聚焦质子交换膜水电解面临的膜材料、催化剂等技术瓶颈及发展态势,梳理分析了国内外质子交换膜水电解制氢技术应用新方向.     

制氢装置的水碳比控制方案优化

以某炼油厂制氢装置的水碳比控制方案为基础,提出两个比值控制优化概念:预转换水碳比和总水碳比。描述这两种水碳比的计算方法,并介绍以全流量和水碳比值为联锁条件的两个主要联锁方案,为制氢装置水碳反应控制提供了灵活和有效的解决方案。     

浅析石化企业有功电能表的计量损失

石化企业由于自身产业特性,能源消耗量较大,在当前能源急剧减少,污染现象严重的环境下,如何有效提升石化企业能源利用效率,降低能源损耗显得尤为重要。为了了解石化企业日常经营生产中的电能损耗,可以通过使用有功电能表来计量损失,最为典型的就是三相四线三元件电能表,在一定程度上可以满足能源计量损失,但仍然存在不同程度上的计量损失问题。出现此类问题的原因多数是电流互感器接线错误导致,有待进一步完善。主要就石化企业有功电能表的计量损失进行分析,寻求合理对策予以改善。     

石油计量交接方式与计量技术的现状和展望

随我我国经济的不断发展与石油业的不断进步,石油的交接方式与计量技术也在逐步完善。本文基于目前石油业的发展现状,简要分析了当下石油计量方式与技术,并根据现有标准对其进行展望,旨在帮助我国石油业更好发展。     

PEM电解制氢技术问题及现状分析

对国内外质子交换膜(Proton exchange membrane,简称PEM)电解制氢市场、技术进行了全面的分析,同时对PEM电解槽、制氢系统及可再生能源制氢存在的技术问题进行了探讨,提出了解决措施。分析表明,国外PEM制氢系统无论市场还是技术都处于领先地位,其中电解槽电流密度和寿命,以及制氢系统腐蚀防护技术、系统内部纯水净化控制技术、系统噪音控制技术和安全控制技术都优于国内产品。膜电极的氢气渗透率、催化剂的负载种类和形式,气体扩散层的材料替代、加工制造技术和耐久性的改性优化,以及双极板的厚度、板材替代、制造工艺和表面涂层沉积工艺等是PEM电解槽主要研究方向和突破点。如何解决可再生能源电源质量波动对电解制氢系统的不利影响是未来的发展方向。     

碳达峰与碳中和目标下PEM电解水制氢研究进展

氢能作为重要的能源载体,燃烧过程绿色无污染,能够助力碳达峰和碳中和目标实现。本文通过对比化石能源制氢、工业副产气制氢、电解水制氢等方式,分析各制氢方式的优缺点,阐述了质子交换膜（PEM）电解水制氢与可再生能源结合的重要意义。之后从PEM电解槽内部结构和可再生能源电解水制氢两个方面展开综述,详细介绍了PEM电解槽双极板、催化剂、扩散层、质子交换膜研究进展、存在的主要问题和未来发展方向。文中通过分析我国太阳能、风能分布特征,总结可再生能源利用存在的问题,从研究现状和产业发展的角度介绍了太阳能制氢、风电制氢、可再生能源多能互补制氢的发展。最后对可再生能源PEM电解水制氢的未来发展方向进行了展望,期望为可再生能源PEM电解水制氢的发展提供借鉴和参考。     

制氢技术的现状与进展

作为理想的清洁能源,氢已受到世界各国科学家的广泛重视,采用太阳能制氢已成为发展所趋。本文介绍了两种最有前途的制氢方法:利用太阳能光解水制氢和生物法制氢,总结了其制氢的原理和特点,并对未来的研究趋势做了展望。     

生物制氢技术研究现状及其进展

综述了目前国内外生物制氢技术领域的研究现状、研究进展和存在的障碍,从产氢原理的特点着手,对各种生物制氢技术进行了比较分析,提出了各种生物制氢技术的主要研究和方向的发展趋势。     

炼厂制氢技术发展现状

氢能作为一种绿色高效的新能源在全球范围受到前所未有的关注,氢能发展影响着全球能源结构向清洁化、低碳化转型的结果。制氢技术与优化炼厂物料平衡息息相关,也是炼厂流程优化的重要发展方向。综述了炼厂制氢技术原理及应用现状,重点对不同制氢方案的特性、用氢成本、经济效益进行了阐述,以某炼厂为例进行不同氢气方案比选,从经济指标综合剖析其对全厂经济效益影响,最后对炼厂制氢技术发展前景进行了思考与展望。     

石墨相氮化碳基光催化制氢材料研究进展

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有独特的电子能带结构和优异的化学稳定性,作为一种不含金属成分的新型可见光催化剂,在光催化领域有着广泛的应用前景。本文主要介绍了石墨相氮化碳材料的合成方法及其改性策略,描述了其结构特性以及在光催化制氢中的应用,为丰富光催化制氢理论研究和优化石墨相氮化碳材料改性路径提供了有益参考。