能源資訊丨工信部發(fā)布15項氫能制取及利用技術(shù)詳解
發(fā)布于2024-06-03
5月31日，工信部發(fā)布《國家工業(yè)節(jié)能降碳技術(shù)應(yīng)用指南與案例（2024年版）》，其中，《氫能制取及利用技術(shù)》部分，共遴選并詳解了15項技術(shù)，涵蓋了重載物流長途運(yùn)輸車輛、氫儲能發(fā)電系統(tǒng)、加氫站和制加氫一體站建設(shè)及改造、氫能軌道交通、可再生能源制氫、氫氣鍋爐、大規(guī)模氫儲運(yùn)裝置、工業(yè)爐窯、生物質(zhì)合成氣制氫、綠色航煤制備、富氫尾氣利用等多個應(yīng)用領(lǐng)域。
大功率重卡車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)
該技術(shù)適用于重載物流長途運(yùn)輸車輛。采用氫燃料電池發(fā)動機(jī)替代柴油發(fā)動機(jī)，并使用工業(yè)副產(chǎn)氫氣，全程無排放。采用低鉑載量高性能膜電極，反應(yīng)電壓高，從根本上提高發(fā)電效率、降低生產(chǎn)成本。配合高功率電堆層疊組裝和密封技術(shù)、系統(tǒng)控制和優(yōu)化技術(shù)，提高發(fā)動機(jī)效率。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)兼容熱回收技術(shù)，低溫時為車內(nèi)供暖。
氫燃料分布式發(fā)電系統(tǒng)
該技術(shù)適用于氫儲能發(fā)電系統(tǒng)。開發(fā)燃料電池分布式發(fā)電系統(tǒng)，以氫氣作為原料與空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電。燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電經(jīng)逆變器并升壓后，接入10千伏交流電網(wǎng)線。副產(chǎn)水蒸氣由潔凈水收集裝置收集，通過冷凝器回收熱能，獲取常溫液態(tài)水，全運(yùn)行周期清潔無污染。設(shè)計自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)故障電堆系統(tǒng)在降容條件下持續(xù)運(yùn)行。
加氫站成套裝備
該技術(shù)適用于加氫站和制加氫一體站建設(shè)及改造。采用加氫站成套裝備，將不同來源的氫氣通過壓縮機(jī)增壓儲存至儲氫瓶組，再由加氫機(jī)采用分級加注模式為氫燃料電池汽車加注氫氣。自主開發(fā)液驅(qū)式氫氣壓縮機(jī)、隔膜式壓縮機(jī)等關(guān)鍵增壓設(shè)備，開展站控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。建立整站能量流動控制策略，智能控制加注過程，智能調(diào)整壓縮機(jī)啟停、儲氫瓶組充裝，實(shí)現(xiàn)加氫站全流程高效節(jié)能運(yùn)行。
氫能軌道交通用燃料電池動力系統(tǒng)
該技術(shù)適用于氫能軌道交通行業(yè)。采用模塊化理念設(shè)計大功率燃料電池動力系統(tǒng)，基于燃料電池的可靠性、耐久性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、噪聲控制等優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，進(jìn)行燃料電池系統(tǒng)的化工仿真與模擬、結(jié)構(gòu)計算與設(shè)計、電氣設(shè)計、控制算法研發(fā)。實(shí)現(xiàn)核心功能模塊設(shè)計與開發(fā)、系統(tǒng)集成與優(yōu)化控制、混合動力能量管理、故障診斷與壽命預(yù)測。通過多套燃料電池系統(tǒng)并聯(lián)輸出，滿足氫能軌道交通車輛動力需求。
兆瓦級固體聚合物電解質(zhì)電解水制氫技術(shù)
該技術(shù)適用于可再生能源制氫工藝。采用寬功率波動、快啟動爬坡的固體聚合物電解質(zhì)制氫技術(shù)和能瞬間反饋波動能源的電源模塊，研制自洽于可再生能源寬功率范圍波動特征的智能化整體控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)快速功率調(diào)節(jié)響應(yīng)，解決電力波動對電解槽的沖擊，實(shí)現(xiàn)電解系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。利用高密度電堆工藝設(shè)計優(yōu)化制氫模塊，采用變溫吸附技術(shù)干燥提純氫氣，滿足高質(zhì)量用氫需求。
氫氣鍋爐低氮燃燒技術(shù)
該技術(shù)適用于氫氣鍋爐。采用分級送氣及配風(fēng)方式，協(xié)同燃燒安全控制技術(shù)、濃淡燃燒技術(shù)、無死角設(shè)計、余熱深度回收利用等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)氫氣燃燒器與鍋爐本體之間的良好匹配。利用助燃風(fēng)形成煙氣內(nèi)循環(huán)，與煙氣外循環(huán)相結(jié)合，配合爐膛無死角結(jié)構(gòu)，保證鍋爐穩(wěn)定高效燃燒及高效分級換熱，實(shí)現(xiàn)低氮氧化物排放。
鎂基固態(tài)儲運(yùn)氫技術(shù)
該技術(shù)適用于大規(guī)模氫儲運(yùn)裝置。利用鎂基儲氫合金材料的可逆吸放氫反應(yīng)，通過高溫導(dǎo)熱油控制儲氫裝置內(nèi)儲氫合金的溫度，結(jié)合氫氣壓力控制，實(shí)現(xiàn)鎂基固態(tài)儲氫裝置的可控吸放氫過程。鎂基固態(tài)儲運(yùn)氫車可常溫低壓存儲和運(yùn)輸氫氣，實(shí)現(xiàn)高效率、長周期儲存氫氣，儲氫材料可循環(huán)使用，滿足氫氣儲運(yùn)需求。
規(guī)模化風(fēng)光離網(wǎng)直流制氫技術(shù)
該技術(shù)適用于風(fēng)光等新能源制綠氫工藝。采用風(fēng)光發(fā)電全直流離網(wǎng)制氫總體技術(shù)方案，將風(fēng)光發(fā)電通過中壓直流技術(shù)輸送至化工園區(qū)。通過堿性電解槽和質(zhì)子交換膜電解槽混合配置進(jìn)行制氫，作為負(fù)載消納可再生能源。通過儲能、電解槽陣列優(yōu)化運(yùn)行策略和能量管理系統(tǒng)，使負(fù)荷與波動性風(fēng)光出力匹配，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
綠色醇?xì)淙剂显诠I(yè)爐窯中的應(yīng)用
該技術(shù)適用于工業(yè)爐窯。采用醇?xì)錉t窯，以綠色甲醇為燃料，利用爐窯余熱，將其通過吸熱和催化裂解為富氫混合氣，提升燃料熱值，再摻入爐膛內(nèi)混合，實(shí)現(xiàn)快速燃燒。結(jié)合實(shí)際工況，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)裂解器和燃燒器內(nèi)甲醇含量，進(jìn)而調(diào)節(jié)富氫混合氣摻混比例，確保爐膛內(nèi)燃料有效燃燒，提升燃料熱值，提高熱效率。
二氧化碳加氫制綠色航煤技術(shù)
該技術(shù)適用于萬噸級綠色航煤制備工藝。采用一步法，以二氧化碳和氫氣為原料制備芳烴，再經(jīng)過精餾分離提取不同芳烴餾分，對低冰點(diǎn)餾分進(jìn)行加氫精制合成環(huán)烷烴或鏈烷烴。收集以上產(chǎn)物，通過搭建實(shí)驗平臺將其與以生物質(zhì)為碳源制備得到的綠色航煤組分、常規(guī)航煤組分等進(jìn)行調(diào)配，得到適應(yīng)不同來源需求的成品航煤調(diào)配方案。該技術(shù)可提高綠色航煤制備的高選擇性與原料的高轉(zhuǎn)化率。
面向軌道交通的制儲一體化移動供氫系統(tǒng)
該技術(shù)適用于軌道交通行業(yè)氫能利用。移動供氫設(shè)備由撬裝式甲醇轉(zhuǎn)換制氫設(shè)備、低壓固態(tài)儲氫以及多級增壓加注系統(tǒng)組成。通過催化劑將甲醇分解生產(chǎn)氫氣，將鈦合金作為儲氫合金，采用模塊化設(shè)計使每個模組可單獨(dú)吸氫和放氫。該系統(tǒng)滿足不同流量的用氫需求，為軌道交通提供高效可靠的氫能制儲一體化解決方案。
風(fēng)光制綠氫合成氨技術(shù)
該技術(shù)適用于綠電制綠氫工藝。利用光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電電解制氫生產(chǎn)合成氨，以質(zhì)子交換膜（PEM）為電解質(zhì)，純水為反應(yīng)物，并采用零間距結(jié)構(gòu)電解槽。通過合理配置儲能儲氫，電解制氫裝置產(chǎn)生的氫氣和深冷空分制氮裝置產(chǎn)生的氮?dú)饣旌虾筮M(jìn)入合成氨裝置。經(jīng)壓縮機(jī)壓縮、預(yù)熱、氨合成反應(yīng)、余熱回收、冷卻分離后液氨產(chǎn)品送至氨儲存單元儲存。
生物質(zhì)合成氣制綠氫技術(shù)
該技術(shù)適用于生物質(zhì)合成氣制氫工藝。采用脫碳提氫裝置，以生物質(zhì)合成氣為原料，經(jīng)過除油、加壓、脫硫、脫碳、提氫等工藝制備合格工業(yè)氫氣。原料氣從除油塔輸入經(jīng)除油壓縮后進(jìn)變換裝置，提高氫含量，再經(jīng)脫硫后分別進(jìn)入真空變壓吸附脫碳裝置和原甲裂脫碳裝置。一部分脫碳?xì)饨?jīng)過焦?fàn)t煤氣提氫裝置直接得到產(chǎn)品氫，另一部分脫碳?xì)饨?jīng)過甲裂提氫裝置進(jìn)一步經(jīng)甲烷化后得到產(chǎn)品氫。工藝解吸氣可進(jìn)一步回收利用。
生物質(zhì)氣化-費(fèi)托合成制備綠色航煤技術(shù)
該技術(shù)適用于綠色航煤制備工藝。采用新能源電解水制綠氫-費(fèi)托合成工藝制備綠色航空煤油，優(yōu)化集成風(fēng)電光伏發(fā)電及加壓流化床生物質(zhì)氣化系統(tǒng)工藝。利用綠氫取代灰氫、生物質(zhì)綠碳取代化石碳源，最后通過高效費(fèi)托合成工藝實(shí)現(xiàn)制備綠色航空煤油。電解水制氫裝置根據(jù)新能源發(fā)電波動，實(shí)現(xiàn)“荷隨源動”，達(dá)到分鐘級負(fù)荷響應(yīng)。
富氫尾氣綜合利用制氫技術(shù)
該技術(shù)適用于富氫尾氣利用。采用氣體分離提純系統(tǒng)，以液化天然氣富氫尾氣為原料，提純制備高純氫氣。原料由入口端進(jìn)入吸附塔，依次經(jīng)吸附、多級壓力均衡降、順放、逆放、沖洗、多級壓力均衡升及最終升壓等步驟，實(shí)現(xiàn)多次均壓回收獲得氫氣。氫氣再經(jīng)調(diào)節(jié)閥和產(chǎn)品緩沖罐穩(wěn)壓后，進(jìn)入不銹鋼精密過濾器去除微量的顆粒物，最終輸出高純度氫氣。主要用能設(shè)備為隔膜式壓縮機(jī)，容積效率高。
(來源: 中國氫能聯(lián)盟、工業(yè)和信息化部)
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