能源資訊丨工信部發布15項氫能制取及利用技術詳解
發布于2024-06-03
5月31日，工信部發布《國家工業節能降碳技術應用指南與案例（2024年版）》，其中，《氫能制取及利用技術》部分，共遴選并詳解了15項技術，涵蓋了重載物流長途運輸車輛、氫儲能發電系統、加氫站和制加氫一體站建設及改造、氫能軌道交通、可再生能源制氫、氫氣鍋爐、大規模氫儲運裝置、工業爐窯、生物質合成氣制氫、綠色航煤制備、富氫尾氣利用等多個應用領域。
大功率重卡車用燃料電池發電系統
該技術適用于重載物流長途運輸車輛。采用氫燃料電池發動機替代柴油發動機，并使用工業副產氫氣，全程無排放。采用低鉑載量高性能膜電極，反應電壓高，從根本上提高發電效率、降低生產成本。配合高功率電堆層疊組裝和密封技術、系統控制和優化技術，提高發動機效率。發動機系統兼容熱回收技術，低溫時為車內供暖。
氫燃料分布式發電系統
該技術適用于氫儲能發電系統。開發燃料電池分布式發電系統，以氫氣作為原料與空氣中的氧氣發生電化學反應發電。燃料電池系統產生的直流電經逆變器并升壓后，接入10千伏交流電網線。副產水蒸氣由潔凈水收集裝置收集，通過冷凝器回收熱能，獲取常溫液態水，全運行周期清潔無污染。設計自動調節控制系統，可實現故障電堆系統在降容條件下持續運行。
加氫站成套裝備
該技術適用于加氫站和制加氫一體站建設及改造。采用加氫站成套裝備，將不同來源的氫氣通過壓縮機增壓儲存至儲氫瓶組，再由加氫機采用分級加注模式為氫燃料電池汽車加注氫氣。自主開發液驅式氫氣壓縮機、隔膜式壓縮機等關鍵增壓設備，開展站控系統標準化設計。建立整站能量流動控制策略，智能控制加注過程，智能調整壓縮機啟停、儲氫瓶組充裝，實現加氫站全流程高效節能運行。
氫能軌道交通用燃料電池動力系統
該技術適用于氫能軌道交通行業。采用模塊化理念設計大功率燃料電池動力系統，基于燃料電池的可靠性、耐久性、結構強度、噪聲控制等優化設計技術，進行燃料電池系統的化工仿真與模擬、結構計算與設計、電氣設計、控制算法研發。實現核心功能模塊設計與開發、系統集成與優化控制、混合動力能量管理、故障診斷與壽命預測。通過多套燃料電池系統并聯輸出，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電解水制氫技術
該技術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制氫技術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，實現快速功率調節響應，解決電力波動對電解槽的沖擊，實現電解系統的平穩運行。利用高密度電堆工藝設計優化制氫模塊，采用變溫吸附技術干燥提純氫氣，滿足高質量用氫需求。
氫氣鍋爐低氮燃燒技術
該技術適用于氫氣鍋爐。采用分級送氣及配風方式，協同燃燒安全控制技術、濃淡燃燒技術、無死角設計、余熱深度回收利用等技術，實現氫氣燃燒器與鍋爐本體之間的良好匹配。利用助燃風形成煙氣內循環，與煙氣外循環相結合，配合爐膛無死角結構，保證鍋爐穩定高效燃燒及高效分級換熱，實現低氮氧化物排放。
鎂基固態儲運氫技術
該技術適用于大規模氫儲運裝置。利用鎂基儲氫合金材料的可逆吸放氫反應，通過高溫導熱油控制儲氫裝置內儲氫合金的溫度，結合氫氣壓力控制，實現鎂基固態儲氫裝置的可控吸放氫過程。鎂基固態儲運氫車可常溫低壓存儲和運輸氫氣，實現高效率、長周期儲存氫氣，儲氫材料可循環使用，滿足氫氣儲運需求。
規模化風光離網直流制氫技術
該技術適用于風光等新能源制綠氫工藝。采用風光發電全直流離網制氫總體技術方案，將風光發電通過中壓直流技術輸送至化工園區。通過堿性電解槽和質子交換膜電解槽混合配置進行制氫，作為負載消納可再生能源。通過儲能、電解槽陣列優化運行策略和能量管理系統，使負荷與波動性風光出力匹配，實現整個系統穩定、經濟運行。
綠色醇氫燃料在工業爐窯中的應用
該技術適用于工業爐窯。采用醇氫爐窯，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，再摻入爐膛內混合，實現快速燃燒。結合實際工況，通過控制系統調節裂解器和燃燒器內甲醇含量，進而調節富氫混合氣摻混比例，確保爐膛內燃料有效燃燒，提升燃料熱值，提高熱效率。
二氧化碳加氫制綠色航煤技術
該技術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，再經過精餾分離提取不同芳烴餾分，對低冰點餾分進行加氫精制合成環烷烴或鏈烷烴。收集以上產物，通過搭建實驗平臺將其與以生物質為碳源制備得到的綠色航煤組分、常規航煤組分等進行調配，得到適應不同來源需求的成品航煤調配方案。該技術可提高綠色航煤制備的高選擇性與原料的高轉化率。
面向軌道交通的制儲一體化移動供氫系統
該技術適用于軌道交通行業氫能利用。移動供氫設備由撬裝式甲醇轉換制氫設備、低壓固態儲氫以及多級增壓加注系統組成。通過催化劑將甲醇分解生產氫氣，將鈦合金作為儲氫合金，采用模塊化設計使每個模組可單獨吸氫和放氫。該系統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。
風光制綠氫合成氨技術
該技術適用于綠電制綠氫工藝。利用光伏發電和風力發電電解制氫生產合成氨，以質子交換膜（PEM）為電解質，純水為反應物，并采用零間距結構電解槽。通過合理配置儲能儲氫，電解制氫裝置產生的氫氣和深冷空分制氮裝置產生的氮氣混合后進入合成氨裝置。經壓縮機壓縮、預熱、氨合成反應、余熱回收、冷卻分離后液氨產品送至氨儲存單元儲存。
生物質合成氣制綠氫技術
該技術適用于生物質合成氣制氫工藝。采用脫碳提氫裝置，以生物質合成氣為原料，經過除油、加壓、脫硫、脫碳、提氫等工藝制備合格工業氫氣。原料氣從除油塔輸入經除油壓縮后進變換裝置，提高氫含量，再經脫硫后分別進入真空變壓吸附脫碳裝置和原甲裂脫碳裝置。一部分脫碳氣經過焦爐煤氣提氫裝置直接得到產品氫，另一部分脫碳氣經過甲裂提氫裝置進一步經甲烷化后得到產品氫。工藝解吸氣可進一步回收利用。
生物質氣化-費托合成制備綠色航煤技術
該技術適用于綠色航煤制備工藝。采用新能源電解水制綠氫-費托合成工藝制備綠色航空煤油，優化集成風電光伏發電及加壓流化床生物質氣化系統工藝。利用綠氫取代灰氫、生物質綠碳取代化石碳源，最后通過高效費托合成工藝實現制備綠色航空煤油。電解水制氫裝置根據新能源發電波動，實現“荷隨源動”，達到分鐘級負荷響應。
富氫尾氣綜合利用制氫技術
該技術適用于富氫尾氣利用。采用氣體分離提純系統，以液化天然氣富氫尾氣為原料，提純制備高純氫氣。原料由入口端進入吸附塔，依次經吸附、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，實現多次均壓回收獲得氫氣。氫氣再經調節閥和產品緩沖罐穩壓后，進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。主要用能設備為隔膜式壓縮機，容積效率高。
(來源: 中國氫能聯盟、工業和信息化部)
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