企校合作探索制氫加氫一體站商業(yè)應(yīng)用模式

□牟 琳 李海洋 陳 勇 鄧錦霞 林展鷹

4月14日，中國(guó)石化銷售公司與福州大學(xué)戰(zhàn)略合作協(xié)議簽署儀式在福州大學(xué)舉行。雙方將利用各自品牌及資源優(yōu)勢(shì)，共同推進(jìn)“氨-氫”能源技術(shù)國(guó)家科技示范項(xiàng)目，并在“氨-氫”能源技術(shù)聯(lián)合研發(fā)、產(chǎn)品生產(chǎn)及商業(yè)應(yīng)用方面展開深入合作。此次戰(zhàn)略合作協(xié)議的簽訂，標(biāo)志著中國(guó)石化在探索制氫加氫一體站商業(yè)應(yīng)用模式已率先邁出企校合作新模式。

“氨-氫”能源技術(shù)，采取將“氫”“氨”循環(huán)轉(zhuǎn)化的方式，能夠有效降低氫能在儲(chǔ)運(yùn)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，為氫能源產(chǎn)業(yè)開拓一條無碳化的能源生產(chǎn)及利用新模式，不僅突破了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的安全性“卡脖子”技術(shù)瓶頸，還能大幅度降低終端用氫成本和加氫站建設(shè)成本。

氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性

氫能作為來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，是支撐可再生能源規(guī)?；幂^為理想的媒介，被視為未來終極能源。3月23日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，明確氫能是未來國(guó)家能源體系的重要組成部分、是用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體、是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向的三大戰(zhàn)略定位。

為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，中國(guó)石化主動(dòng)擁抱綠色革命，調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)，將氫能作為新能源核心業(yè)務(wù)，積極打造“中國(guó)第一氫能公司”，努力探索加氫站新發(fā)展路徑。

我國(guó)加氫站建設(shè)的探索與發(fā)展

2022年4月14日，中國(guó)石化銷售股份有限公司與福州大學(xué)戰(zhàn)略合作協(xié)議簽署儀式在福州大學(xué)舉行。圖為簽約現(xiàn)場(chǎng)。林展鷹 攝

中國(guó)氫能聯(lián)盟研究院研究顯示，截至2021年底，全球在營(yíng)加氫站達(dá)到659座，中國(guó)累計(jì)已建成加氫站255座，其中在營(yíng)183座，在營(yíng)數(shù)量首次超過日本位居全球第一。

目前，我國(guó)加氫站主要以外供氫、氣態(tài)、35MPa壓力加氫站為主。站內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)制氫加氫站方面，主要有天然氣制氫加氫、電解水制氫加氫等，截至2021年底，全國(guó)累計(jì)已建成13座制氫加氫一體站。

由于氫氣化學(xué)性質(zhì)活潑、體積能量密度低、易燃易爆易泄漏等特性，存在儲(chǔ)運(yùn)成本高、安全性差等問題。因此，氫氣儲(chǔ)運(yùn)是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。若要實(shí)現(xiàn)氫能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用必須突破瓶頸，結(jié)合各地的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和資源稟賦，走出一條安全、高效、低成本的氫能“制儲(chǔ)運(yùn)加”新路徑。

“氨-氫”能源技術(shù)探索顯成效

氨是富氫載體，被稱為“陽光燃料”，所含氫元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)達(dá)17.6%，常溫常壓下為氣態(tài)，常溫加壓至1MPa可轉(zhuǎn)為密度603kg/m3的液氨，常壓下溫度降到-33℃則轉(zhuǎn)化為密度為680kg/m3的液氨。氨的主要制備方式是氫氣和氮?dú)庠诟邷馗邏合麓呋磻?yīng)合成，工藝技術(shù)成熟，成本低廉。全球年產(chǎn)量1.8億噸，80%用于化肥行業(yè)，我國(guó)氨產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的四分之一。

近年來，福州大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出世界首套安全高效低能耗合成氨成套技術(shù)并實(shí)現(xiàn)在年產(chǎn)20萬噸合成氨裝置上工業(yè)應(yīng)用，打破了國(guó)外近30年的技術(shù)壟斷；創(chuàng)制出新型低溫催化劑，突破了“氨-氫”能源循環(huán)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為發(fā)展“氨-氫”特色能源產(chǎn)業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該團(tuán)隊(duì)的氨分解制氫技術(shù)能分解得到體積各占75%和25%的氫氣和氮?dú)饣旌蠚怏w。

“氨-氫”能源技術(shù)轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢(shì)

福州大學(xué)氨制氫催化技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)提供數(shù)據(jù)顯示，以每噸氨價(jià)格3500元為測(cè)算基礎(chǔ)，1噸氫氣的原料成本約19元/公斤，考慮氨制氫設(shè)備投資成本后，在現(xiàn)場(chǎng)制氫供氫的價(jià)格可控制在35元/公斤以內(nèi)，若結(jié)合石化企業(yè)上游煉廠副產(chǎn)氫資源來合成氨，成本優(yōu)勢(shì)更加凸顯。

從氨運(yùn)輸成本來看，氨現(xiàn)場(chǎng)制氫本質(zhì)上改變了氫氣的運(yùn)輸狀態(tài)，氨只需加壓至1MPa既可以液態(tài)形式儲(chǔ)運(yùn)，一輛液氨槽罐車載氨量可達(dá)30噸（約含5.29噸氫），與長(zhǎng)管拖車運(yùn)氫（單車載氫量不到400公斤）相比，液氨載氫量提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此運(yùn)氨成本很低（約0.001元/公斤/公里）。

從氨運(yùn)輸安全性來看，氨是一種含氫量高、有刺激性臭味的無色氣體，具有燃點(diǎn)高、不易爆、低壓易液化的特點(diǎn)，爆炸極限為15.7～27.4%，火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為“乙類”，刺激性氣味恰好是氣體泄漏的可靠警報(bào)信號(hào)。氨化工作為傳統(tǒng)化工的重要領(lǐng)域，在我國(guó)已有數(shù)十年的發(fā)展歷史，液氨運(yùn)輸已十分成熟，因此氨儲(chǔ)氫可以避免高壓儲(chǔ)氫的風(fēng)險(xiǎn)，具有很高的本質(zhì)安全性。

氨制氫加氫一體站發(fā)展思路

一是以依法合規(guī)為準(zhǔn)繩推進(jìn)政策法規(guī)建設(shè)。我國(guó)對(duì)于氫氣按照危險(xiǎn)化學(xué)品管理，現(xiàn)場(chǎng)制氫加氫站更是屬于危化品生產(chǎn)管理范疇，相關(guān)政策法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等體系尚不健全，且國(guó)內(nèi)目前尚未有商業(yè)運(yùn)營(yíng)成熟的氨制氫加氫站，因此項(xiàng)目的前期建設(shè)審批難度較大。產(chǎn)業(yè)相關(guān)方應(yīng)加強(qiáng)與政府主管部門的溝通協(xié)調(diào)，積極傳遞“氨-氫”產(chǎn)業(yè)安全性、科學(xué)管控技術(shù)、管理制度、發(fā)展前景等信息，搭建企地溝通合作平臺(tái)，引導(dǎo)規(guī)劃和扶持，加快推動(dòng)管理標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范建立。

二是以技術(shù)工藝為依托防控安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。目前國(guó)內(nèi)僅廣東省發(fā)布《制氫加氫一體站安全技術(shù)規(guī)范》（征求意見稿），文件也僅適用于水電解制氫加氫一體站的安全技術(shù)和管理要求。氨制氫加氫一體站缺乏相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，建議參考借鑒水電解制氫站的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，聘請(qǐng)行業(yè)一流的具備制氫加氫站建設(shè)相關(guān)設(shè)計(jì)資質(zhì)以及豐富制氫加氫工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的單位盡早介入項(xiàng)目進(jìn)行站點(diǎn)選址、勘查和設(shè)計(jì)。

三是以能力建設(shè)為目標(biāo)培養(yǎng)氫能高素質(zhì)人才。氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，核心在技術(shù)，關(guān)鍵在人才。對(duì)加氫站建設(shè)項(xiàng)目管理人員、安全數(shù)質(zhì)量管理人員、一線管理操作人員等關(guān)鍵重點(diǎn)崗位人員提前開展分級(jí)分類培訓(xùn)和教育，必要時(shí)可專門引進(jìn)氫能方面專業(yè)人才，盡早建立專業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)、高素質(zhì)的加氫站管理隊(duì)伍；從投資建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理、服務(wù)保障等方面全面構(gòu)建安全、穩(wěn)定、高效的氫能企業(yè)管理體系。

據(jù)悉，在中國(guó)石化銷售股份有限公司與福州大學(xué)的戰(zhàn)略協(xié)議框架下，首個(gè)項(xiàng)目由福州石油與福大紫金氫能科技公司同步簽約開展，計(jì)劃共同在福州建設(shè)一座氨制氫加氫一體化示范站。未來該示范站將發(fā)揮以點(diǎn)帶面的效應(yīng)，在技術(shù)、商業(yè)、安全管理等維度為國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)模式提供推廣借鑒價(jià)值。