周志霞

甲醇制氫，“石化方案”新風(fēng)口

中國(guó)石化全國(guó)首個(gè)甲醇制氫加氫一體站項(xiàng)目投用，破解了我國(guó)氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本高昂的窘局，為全國(guó)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(guó)加氫站有近270座，但沒(méi)有一座可以實(shí)現(xiàn)甲醇現(xiàn)場(chǎng)制氫。

中國(guó)石化成為第一個(gè)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(guó)首個(gè)分布式甲醇制氫加氫一體站（簡(jiǎn)稱一體站）在大連自貿(mào)區(qū)正式投用。

該項(xiàng)目采用中國(guó)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(guò)程強(qiáng)化、系統(tǒng)集成等多項(xiàng)自主創(chuàng)新成果，實(shí)現(xiàn)了甲醇制、儲(chǔ)、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(guó)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(dòng)化、智能化水平達(dá)到全國(guó)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(jiǎn)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(lái)的運(yùn)輸車輛絡(luò)繹不絕。記者在現(xiàn)場(chǎng)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(shí)間，該公交車便加滿了10公斤氫，可續(xù)航100多公里。

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

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

我國(guó)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(guò)技術(shù)提純后就地消費(fèi)，氫氣的運(yùn)輸距離相對(duì)較短，因此多采用長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸。

然而長(zhǎng)管拖車裝載量有限，一次僅能運(yùn)輸300公斤左右。同時(shí)，隨著運(yùn)輸距離的增加，長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸成本大幅上升。當(dāng)運(yùn)輸距離為50公里時(shí)，氫氣的運(yùn)輸成本為5元/公斤左右，當(dāng)距離500公里時(shí)運(yùn)輸成本達(dá)到20元/公斤。因此，長(zhǎng)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(shí)候由于壓力逐漸減小，存在卸不凈的問(wèn)題，一般只能卸70%左右。卸完氫后，加氫站儲(chǔ)氫瓶的存儲(chǔ)成本也需要考慮進(jìn)綜合成本。這樣一趟下來(lái)，成本就特別高。”中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院（簡(jiǎn)稱石科院）第二十七研究室副主任徐潤(rùn)說(shuō)。

為解決這一難題，石科院以中石化燃料油有售有限公司（簡(jiǎn)稱中石化燃料油公司）的盛港站為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，將其進(jìn)行升級(jí)，推出了制、儲(chǔ)、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(guó)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(shí)能制氫500標(biāo)準(zhǔn)立方米，每天可產(chǎn)出1000公斤氫氣?！澳壳盀?0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(shuō)。

一體站制氫實(shí)現(xiàn)高效率其實(shí)也是減少成本的原因?！凹状己退磻?yīng)變成氫氣過(guò)程中把相對(duì)純度不高的氫提取出來(lái)，在制氫的過(guò)程中進(jìn)行供熱，實(shí)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。”徐潤(rùn)說(shuō)。

王海波告訴記者：“綜合來(lái)看，一體站項(xiàng)目從制氫、運(yùn)氫到儲(chǔ)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(guó)低成本加氫站的示范樣本，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)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?yàn)槠溥^(guò)大的“體型”，原本并不適合加油站的應(yīng)用場(chǎng)景。

石科院一舉破解了這一難題。“一體站裝置系統(tǒng)建設(shè)采用撬塊化建站模式，場(chǎng)地利用率為全國(guó)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(guò)500平方米?！毙鞚?rùn)向記者介紹。

徐潤(rùn)把這一開發(fā)過(guò)程形象地比喻成“大哥大到華為手機(jī)的變革過(guò)程”，就是把一個(gè)體型相對(duì)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(gè)過(guò)程中，有些比較好的設(shè)備由于過(guò)大不能選；最后，選好型以后，再篩選出國(guó)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。”

通過(guò)這個(gè)過(guò)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)的模化塊進(jìn)行呼應(yīng)?！皩?shí)現(xiàn)模塊化就像家里用的冰箱一樣方便，把很小的一個(gè)模塊運(yùn)用到裝置上，馬上就可以產(chǎn)出氫氣來(lái)，大大縮短了生產(chǎn)氫氣的產(chǎn)業(yè)鏈?！毙鞚?rùn)說(shuō)。

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

“因?yàn)橹茪淞恳鶕?jù)市場(chǎng)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(guò)線上平臺(tái)看到設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。”徐潤(rùn)說(shuō)。

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(huì)將其與易泄、易燃、易爆等危險(xiǎn)詞匯聯(lián)系起來(lái)。確實(shí)，這么多種能源放在一起，站點(diǎn)的安全性如何保證呢？

其實(shí)，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(cè)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(shí)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(lái)說(shuō)，加氫站的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)是可控的?！?/p>

此前，我國(guó)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(duì)在城市建一級(jí)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(xiàng)之前，中國(guó)石化專家也參與了站內(nèi)制氫項(xiàng)目安全論證，確認(rèn)項(xiàng)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(chǔ)氫需要45兆帕，加氫站制氫大幅降低了高壓儲(chǔ)氫的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，也省去了以往運(yùn)輸接卸環(huán)節(jié)的安全風(fēng)險(xiǎn)，安全性再次得到保障。

在低碳發(fā)展大勢(shì)之下，石科院同樣把環(huán)保性能提到首位。

“通過(guò)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(guò)程中無(wú)固廢影響、無(wú)廢水外排、無(wú)尾氣污染。在滿足加氫站內(nèi)安全和運(yùn)營(yíng)控制要求的前提下，與國(guó)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?rùn)給出如此評(píng)價(jià)。

比如，在廢水外排方面，通過(guò)技術(shù)開發(fā)，甲醇的轉(zhuǎn)化率非常高，沒(méi)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(gè)過(guò)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(guò)程中，會(huì)有一部分純度不高的氫產(chǎn)生。該項(xiàng)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(gè)反應(yīng)進(jìn)行偶合，實(shí)現(xiàn)了尾氣零排放。

用時(shí)不到一年

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

為什么？作為新興事物，沒(méi)有可以參考的經(jīng)驗(yàn)。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?yàn)闆](méi)有可以參考的經(jīng)驗(yàn)，更不要說(shuō)加氫站現(xiàn)場(chǎng)制氫了。

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

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

為此，他們一方面邀請(qǐng)政府職能部門現(xiàn)場(chǎng)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(xiàng)目推進(jìn)會(huì)，并在會(huì)上做專題匯報(bào)，說(shuō)明項(xiàng)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(shí)協(xié)助政府邀請(qǐng)中國(guó)石化專家參與站內(nèi)制氫項(xiàng)目安全論證，確認(rèn)項(xiàng)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(shí)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)、健全產(chǎn)業(yè)鏈角度出發(fā)，將中國(guó)石化的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、品牌優(yōu)勢(shì)與政府的制度創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，將建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、資金技術(shù)支持、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展落實(shí)成為具體可靠的方案，進(jìn)一步增強(qiáng)政府部門支持項(xiàng)目落地的信心。

在這個(gè)過(guò)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(jiān)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(lì)創(chuàng)新”的政策優(yōu)勢(shì)，同意立項(xiàng)建設(shè)，并決定將該項(xiàng)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(xiàng)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(yíng)。

在這些日期背后，同樣需要克服各種挑戰(zhàn)。

“恰逢十一國(guó)慶、二十大召開，主設(shè)備廠家四川、設(shè)計(jì)公司天津、大連項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)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(duì)工期提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?！蓖鹾２ǜ嬖V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?qǐng)?bào)及駐場(chǎng)監(jiān)工的形式緊盯設(shè)備進(jìn)場(chǎng)。因項(xiàng)目新穎，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更，公司做到問(wèn)題不過(guò)夜，及時(shí)做調(diào)整。另一方面，與石科院、自貿(mào)片區(qū)管委會(huì)聯(lián)合現(xiàn)場(chǎng)辦公，安全總監(jiān)及兩名安全管理在現(xiàn)場(chǎng)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(xiàng)目正式投用，且建設(shè)周期最短，從開始設(shè)計(jì)到投營(yíng)僅僅用了不到一年時(shí)間！

責(zé)任編輯：石杏茹