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如何讓燃料電池用氫變得安全、純凈、經濟、多元?

日期:2019/6/28 20:49:33
    氫作為基礎化工原料,廣泛應用于石化、煤化、日化、冶金、玻璃等主要工業行業,從國內市場來看,根據《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書》的數據,2015年我國氫產量就達到2900萬噸,居世界各國之首。具體到燃料電池汽車行業,根據《中國燃料電池汽車發展路線圖》,到2030年我國燃料電池汽車將達到百萬輛的運行規模,由此推算出燃料電池汽車全年的用氫量將達到60萬噸。由此可見,如果能將傳統工業行業中的氫用于燃料電池汽車,完全能夠解決燃料電池汽車的氫氣來源問題。

    眾所周知,傳統工業行業中氫氣一般都經過了變壓吸附(PSA)方式凈化得到所謂的工業氫,但一方面,工業氫是以滿足工業生產的要求為目標的,吸附劑種類及用量的選擇和變壓吸附凈化系統的設計要綜合考慮工藝需求指標、收率以及投資運行成本,對于雜質的脫除不夠全面,對惰性雜質N2、O2、CH4限制不嚴格,脫除深度不能滿足燃料電池汽車用氫的要求;另一方面,工業行業中氫氣所含雜質種類復雜,根據原料氣源的不同,雜質含量也有很大區別,特別對于一些弱吸附雜質(如N2、Ar、O2、CO),常規變壓吸附無法很好的脫除。基于兩方面原因,目前的最大難點在于如何將工業氫經濟的純化后,滿足燃料電池汽車用氫品質的要求。

    依托北京大學和清華大學雄厚的科研實力和產學研優勢,佳安氫源針對燃料電池汽車用氫,研發出了“模塊化定向除雜技術”(MDP Modular Directional Purification),工業氫通過MDP純化后,可以完全滿足燃料電池汽車用氫品質的要求,氫氣純度和各項雜質含量符合GB/T 37244-2018《質子交換膜燃料電池汽車用燃料 氫氣》。

    “模塊化定向除雜技術”(MDP Modular Directional Purification)是根據雜質的組成種類進行定向分析,優化選擇脫除材料和方法及雜質的脫除順序。氫氣中的雜質分為三大類:有機易吸附類(甲醛、甲酸、烴類)、無機易吸附類(NH3、H2S、SO2、鹵代物)、弱吸附類(O2、N2、CO、Ar),MDP技術好比一個醫生,首先對原料氫氣進行診斷,判斷出其中含有的雜質種類及濃度,然后根據診斷結果選擇對應的脫除方案。對于弱吸附類的每種雜質都使用專用吸附劑對應脫除,弱吸附類雜質脫除后的氫氣中,O2含量小于1ppm,CO含量小于0.1ppm、N2含量小于10ppm,對于易吸附類雜質,則是根據雜質種類或者酸堿性選擇特定的吸附劑或者催化劑,達到優化脫除。MDP技術具有“兩低一高”的特點:純化后的氫氣有害雜質含量低、純化成本低、氫氣收率高,特別適合氫燃料電池行業對氫氣的使用要求。
    “模塊化定向除雜技術”(MDP Modular Directional Purification)的誕生,將給氫能行業帶來巨大的變革,為解決燃料電池汽車行業發展面臨的幾個主要問題提供了新的途徑:

    1、氫氣品質不夠“高”:氫燃料電池對氫氣的要求非常高,“嬌貴”的氫燃料電池很容易因為氫氣中雜質的存在導致性能下降甚至報廢。在氫源和終端應用場合,通過MDP對氫氣中各種雜質的定向脫除后,氫氣純度和各項雜質含量符合GB/T 37244-2018《質子交換膜燃料電池汽車用燃料 氫氣》,氫氣的品質不再是燃料電池汽車使用過程中需要時刻擔心的問題。

    2、氫氣價格不夠“低”:工業氫的來源主要分為工業制氫和伴生富氫。工業制氫是以滿足工業生產用氫為目的的氫氣制造,產量大且成本較低。在很多工業生產過程中,還會產生存在于尾氣和廢氣中的伴生富氫,這類氫氣或被作為燃料燃燒,或被低效利用,甚至被直接排放,通過MDP將伴生富氫純化后用于燃料電池汽車, 實現了“零碳制氫”、經濟高效。利用MDP從工業氫中獲取合格的燃料電池汽車用氫,將大幅降低燃料電池汽車用氫的成本。

    3、氫源距離不夠“近”:MDP純化的廣泛適用性,使得更多的氫源可以應用于燃料電池汽車,大大拓寬了燃料電池汽車獲取氫源的途徑。加氫站不再需要舍近求遠獲取高品質的燃料電池汽車用氫,就近利用MDP純化后的多種氫源均能滿足燃料電池汽車用氫品質要求,大幅降低儲運成本。

    “模塊化定向除雜”技術的應用,為氫燃料電池行業解決氫氣品質、氫氣價格和氫氣儲運三大問題提供了新的途徑,讓燃料電池用氫變得安全、純凈、經濟、多元。
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