有“氧”來儀落盛港

周志霞

甲醇制氫，“石化方案”新風(fēng)口

中國石化全國首個甲醇制氫加氫一體站項目投用，破解了我國氫氣儲存和運(yùn)輸成本高昂的窘局，為全國加快構(gòu)建氫能供網(wǎng)絡(luò)提供可復(fù)制、推廣的樣本。

我國加氫站有近270座，但沒有一座可以實現(xiàn)甲醇現(xiàn)場制氫。

中國石化成為第一個吃螃蟹的人。

近日，由中石化北方能源（大連）有限公司（下稱中石化北方能源公司）自主研制的我國首個分布式甲醇制氫加氫一體站（簡稱一體站）在大連自貿(mào)區(qū)正式投用。

該項目采用中國石化自主研發(fā)的分布式甲醇制氫系統(tǒng)，包含甲醇重整、催化氧化、過程強(qiáng)化、系統(tǒng)集成等多項自主創(chuàng)新成果，實現(xiàn)了甲醇制、儲、加、運(yùn)一體化發(fā)展的全產(chǎn)業(yè)鏈模式，不僅破解了制約我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，且系統(tǒng)制氫效率，系統(tǒng)自動化、智能化水平達(dá)到全國領(lǐng)先水平。

降低成本20%以上

北側(cè)加氫站、南側(cè)加油站、東側(cè)加氣站，互不干擾，成三角形布局，甚是壯觀。

在盛港油氣氫電服“五位一體”綜合加能站（簡稱盛港站）里，除了加油、加氫、加氣，還可以充換電，特別是可以提供住宿、餐飲、汽服等服務(wù)，成功構(gòu)建了“人·車·生活”的生態(tài)圈。

該站位于大連自貿(mào)片區(qū)，這里毗鄰大連港，每天往來的運(yùn)輸車輛絡(luò)繹不絕。記者在現(xiàn)場看到，一輛印有“大連市氫能綜合利用示范工程”的公交車停在了加氫站。僅幾分鐘時間，該公交車便加滿了10公斤氫，可續(xù)航100多公里。

讓人沒想到的是，這座加氫站里的氫氣并非來自于長管施車運(yùn)輸而來，而是來自于在加氫站旁不遠(yuǎn)處的現(xiàn)場一體化裝置。

儲存和運(yùn)輸成本高昂，一直是制約我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

我國目前氫能發(fā)展處于起步階段，整體產(chǎn)氫規(guī)模較小。氫氣一般在當(dāng)?shù)責(zé)拸S生產(chǎn)，經(jīng)過技術(shù)提純后就地消費(fèi)，氫氣的運(yùn)輸距離相對較短，因此多采用長管拖車運(yùn)輸。

然而長管拖車裝載量有限，一次僅能運(yùn)輸300公斤左右。同時，隨著運(yùn)輸距離的增加，長管拖車運(yùn)輸成本大幅上升。當(dāng)運(yùn)輸距離為50公里時，氫氣的運(yùn)輸成本為5元/公斤左右，當(dāng)距離500公里時運(yùn)輸成本達(dá)到20元/公斤。因此，長管拖車的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑僅在100公里以內(nèi)。

“再加上卸載氫氣的時候由于壓力逐漸減小，存在卸不凈的問題，一般只能卸70%左右。卸完氫后，加氫站儲氫瓶的存儲成本也需要考慮進(jìn)綜合成本。這樣一趟下來，成本就特別高?！敝袊突た茖W(xué)研究院（簡稱石科院）第二十七研究室副主任徐潤說。

為解決這一難題，石科院以中石化燃料油有售有限公司（簡稱中石化燃料油公司）的盛港站為實驗場所，將其進(jìn)行升級，推出了制、儲、加、運(yùn)一體化發(fā)展的全產(chǎn)業(yè)鏈模式，相比以往的加氫站，增加了制氫環(huán)節(jié)，直接省掉了運(yùn)輸環(huán)節(jié)。

當(dāng)前，一體站系統(tǒng)制氫效率達(dá)到全國領(lǐng)先水平，利用石科院配套研發(fā)的RSR-501新型甲醇重整催化劑和CCC-101/102催化氧化催化劑，有效解決了傳統(tǒng)催化劑金屬團(tuán)簇晶粒尺寸與穩(wěn)定性的矛盾，大幅提升原料的利用效率。

該一體站生產(chǎn)的氫氣純度能達(dá)到99.999%。每小時能制氫500標(biāo)準(zhǔn)立方米，每天可產(chǎn)出1000公斤氫氣。“目前為40輛公交車加注氫氣，這些車輛每天平穩(wěn)運(yùn)行在各條線路上?！敝惺狈侥茉矗ù筮B）有限公司總經(jīng)理王海波說。

一體站制氫實現(xiàn)高效率其實也是減少成本的原因?！凹状己退磻?yīng)變成氫氣過程中把相對純度不高的氫提取出來，在制氫的過程中進(jìn)行供熱，實現(xiàn)能量的耦合。這樣可以使加氫站制氫的成本降到比較好的水平?！毙鞚櫿f。

王海波告訴記者：“綜合來看，一體站項目從制氫、運(yùn)氫到儲氫的綜合成本，相比傳統(tǒng)加氫站，降低了20%以上，將成為我國低成本加氫站的示范樣本，進(jìn)一步推動我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！?/p>

小型化

甲醇制氫技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，很多煉廠都在應(yīng)用，但因為其過大的“體型”，原本并不適合加油站的應(yīng)用場景。

石科院一舉破解了這一難題?！耙惑w站裝置系統(tǒng)建設(shè)采用撬塊化建站模式，場地利用率為全國最高，主體裝置僅占64平方米，而同等制氫規(guī)模的傳統(tǒng)設(shè)備占地面積超過500平方米?！毙鞚櫹蛴浾呓榻B。

徐潤把這一開發(fā)過程形象地比喻成“大哥大到華為手機(jī)的變革過程”，就是把一個體型相對大且只能打電話發(fā)短信的手機(jī)變成小型且智能化的手機(jī)。這就需要在小型化、模塊化和智能化方面下功夫。

“首先，我們將催化劑的反應(yīng)效率提高10倍；其次，要從相關(guān)煉廠的設(shè)備里進(jìn)行反復(fù)選型。在這個過程中，有些比較好的設(shè)備由于過大不能選；最后，選好型以后，再篩選出國內(nèi)加工企業(yè)，把設(shè)備做到精細(xì)化，就像把大的芯片做小一樣?！?/p>

通過這個過程，石科院把一天可以產(chǎn)氫1000公斤的甲醇制氫裝置，做到了60平方米。小型化的最大的好處是與后續(xù)的?；瘔K進(jìn)行呼應(yīng)?！皩崿F(xiàn)模塊化就像家里用的冰箱一樣方便，把很小的一個模塊運(yùn)用到裝置上，馬上就可以產(chǎn)出氫氣來，大大縮短了生產(chǎn)氫氣的產(chǎn)業(yè)鏈?！毙鞚櫿f。

與此同時，一體站裝置系統(tǒng)自動化、智能化水平同樣達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先。通過石科院自主研發(fā)的工藝和技術(shù)，可實現(xiàn)一鍵開停車、云端監(jiān)控等智能化操作。

“因為制氫量要根據(jù)市場需求，一鍵開停車的作用就是可以根據(jù)需求進(jìn)行量的調(diào)節(jié)；氫氣生產(chǎn)設(shè)備也十分智能，可以進(jìn)行自我診斷和操作，遠(yuǎn)在北京都可以通過線上平臺看到設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況?！毙鞚櫿f。

安全可靠

關(guān)于加氫站，或以油、氫、氣、電為主的綜合加能站，多數(shù)人都會將其與易泄、易燃、易爆等危險詞匯聯(lián)系起來。確實，這么多種能源放在一起，站點的安全性如何保證呢？

其實，氫氣的比重低，在空氣流通的情況下，氫氣是向上逃逸的。反而是氧氣比較重，大多沉在下方。若能做好氫氣的防積聚、泄漏檢測及連鎖切斷，就不易引發(fā)氫氣爆炸。業(yè)內(nèi)專家早就給出如此表述：“加氫站進(jìn)行選址的時候，首先還要考慮通風(fēng)條件，根據(jù)我們現(xiàn)有的研究、技術(shù)和執(zhí)行規(guī)范來說，加氫站的運(yùn)營風(fēng)險是可控的?！?/p>

此前，我國住建部發(fā)布的《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》中，對在城市建一級加油加氣以及加氫站的距離有著嚴(yán)格規(guī)定。

為此，在一體站立項之前，中國石化專家也參與了站內(nèi)制氫項目安全論證，確認(rèn)項目安全可靠，具備站內(nèi)制氫的示范條件。比如該裝置充分考慮了設(shè)備和建構(gòu)筑物之間的防火、防爆安全間距要求以及與相鄰設(shè)備或建構(gòu)物之間的安全距離。

加氫站投用制氫裝置，安全性能進(jìn)一步提升。比如，加氫車加氫只需要35兆帕，但在加氫站儲氫需要45兆帕，加氫站制氫大幅降低了高壓儲氫的風(fēng)險。同時，也省去了以往運(yùn)輸接卸環(huán)節(jié)的安全風(fēng)險，安全性再次得到保障。

在低碳發(fā)展大勢之下，石科院同樣把環(huán)保性能提到首位。

“通過從技術(shù)角度進(jìn)行一系列突破，該系統(tǒng)環(huán)保性能優(yōu)異，生產(chǎn)過程中無固廢影響、無廢水外排、無尾氣污染。在滿足加氫站內(nèi)安全和運(yùn)營控制要求的前提下，與國內(nèi)同類運(yùn)行裝置相比能耗更低、甲醇消耗更少，節(jié)能效果非常顯著?！毙鞚櫧o出如此評價。

比如，在廢水外排方面，通過技術(shù)開發(fā)，甲醇的轉(zhuǎn)化率非常高，沒有轉(zhuǎn)化的甲醇非常少，即便有也再次進(jìn)入原料罐進(jìn)行反應(yīng)，整個過程形成閉環(huán)，廢水外排可以保證。

尾氣污染方面，石科院在技術(shù)層面做成了閉路循環(huán)。在做高純氫的過程中，會有一部分純度不高的氫產(chǎn)生。該項目讓這部分純度不高的氫再回到供熱系統(tǒng)，用吸熱和放熱的兩個反應(yīng)進(jìn)行偶合，實現(xiàn)了尾氣零排放。

用時不到一年

“相比一體站項目在技術(shù)、安全方面做的系列突破，最難突破的是項目落地?！毙鞚櫿f。

為什么？作為新興事物，沒有可以參考的經(jīng)驗。近兩年很多省市加氫站的發(fā)展速度不快，很大程度就是因為沒有可以參考的經(jīng)驗，更不要說加氫站現(xiàn)場制氫了。

一體站項目的研發(fā)階段相對比較早。但真正開始立項設(shè)計，并加速推進(jìn)已經(jīng)到了2022年。沒有可以參考的經(jīng)驗，政策制度不完善、審批難是項目落地的頭號難題。

“特別是需要確認(rèn)項目的安全性、可行性，打破‘談氫色變的刻板印象?！蓖鹾２ㄕf。

為此，他們一方面邀請政府職能部門現(xiàn)場調(diào)研，了解制氫站的可行性、政策審批的可操作性；另一方面，協(xié)調(diào)政府召開項目推進(jìn)會，并在會上做專題匯報，說明項目的技術(shù)先進(jìn)智能、安全可靠、綠色環(huán)保，打消政府疑慮。同時協(xié)助政府邀請中國石化專家參與站內(nèi)制氫項目安全論證，確認(rèn)項目安全可靠，具備站內(nèi)制氫的示范條件。

此外，還要強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性、示范性，畫好共同發(fā)展“同心圓”。就是站在產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的高度，把“我的事”變成“我們的事”，從制氫純度、自主知識產(chǎn)業(yè)的技術(shù)、健全產(chǎn)業(yè)鏈角度出發(fā)，將中國石化的技術(shù)優(yōu)勢、品牌優(yōu)勢與政府的制度創(chuàng)新優(yōu)勢相結(jié)合，將建設(shè)、運(yùn)營、資金技術(shù)支持、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展落實成為具體可靠的方案，進(jìn)一步增強(qiáng)政府部門支持項目落地的信心。

在這個過程中，中石化北方能源公司全面發(fā)揚(yáng)中石化燃料油公司“三創(chuàng)”精神，堅持“邁開腿、張開嘴”，與政府各職能部門做了不懈溝通。最終，經(jīng)屬地政府及專家反復(fù)溝通與論證，充分依托“先行先試”“鼓勵創(chuàng)新”的政策優(yōu)勢，同意立項建設(shè)，并決定將該項目落戶盛港站。

之后進(jìn)度快速推進(jìn)。

2022年8月11日開始施工，9月25日完成主體項目建設(shè)，10月20日生產(chǎn)出滿足燃料電池車使用標(biāo)準(zhǔn)、純度為99.999%的合格氫氣產(chǎn)品，11月3日開始試運(yùn)營。

在這些日期背后，同樣需要克服各種挑戰(zhàn)。

“恰逢十一國慶、二十大召開，主設(shè)備廠家四川、設(shè)計公司天津、大連項目現(xiàn)場施工三地陸續(xù)發(fā)生了疫情，尤其是四川成都還遭遇了高溫限電、地震、暴雨，對工期提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。”王海波告訴記者。

為了克服這些困難，北方能源公司一方面與設(shè)備供應(yīng)商全力溝通，采用日報及駐場監(jiān)工的形式緊盯設(shè)備進(jìn)場。因項目新穎，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計變更，公司做到問題不過夜，及時做調(diào)整。另一方面，與石科院、自貿(mào)片區(qū)管委會聯(lián)合現(xiàn)場辦公，安全總監(jiān)及兩名安全管理在現(xiàn)場輪流監(jiān)督管理，制定了制氫撬吊裝、工藝管線焊接等重要環(huán)節(jié)的專題施工方案，保障施工安全。

終于，今年2月15日，一體化項目正式投用，且建設(shè)周期最短，從開始設(shè)計到投營僅僅用了不到一年時間！

責(zé)任編輯：石杏茹