有“氫”來儀落盛港

甲醇制氫，“石化方案”新風口

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輸成本高昂的窘局，為全國加快構建氫能供網絡提供可復制、推廣的樣本。

我國加氫站有近270座，但沒有一座可以實現甲醇現場制氫。

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）在大連自貿區正式投用。

該項目采用中國石化自主研發的分布式甲醇制氫系統，包含甲醇重整、催化氧化、過程強化、系統集成等多項自主創新成果，實現了甲醇制、儲、加、運一體化發展的全產業鏈模式，不僅破解了制約我國氫能產業發展的關鍵環節，且系統制氫效率，系統自動化、智能化水平達到全國領先水平。

降低成本20%以上

北側加氫站、南側加油站、東側加氣站，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，成功構建了“人·車·生活”的生態圈。

該站位于大連自貿片區，這里毗鄰大連港，每天往來的運輸車輛絡繹不絕。筆者在現場看到，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輸而來，而是來自于在加氫站旁不遠處的現場一體化裝置。

儲存和運輸成本高昂，一直是制約我國氫能產業發展的關鍵環節。

我國目前氫能發展處于起步階段，整體產氫規模較小。氫氣一般在當地煉廠生產，經過技術提純后就地消費，氫氣的運輸距離相對較短，因此多采用長管拖車運輸。

然而長管拖車裝載量有限，一次僅能運輸300公斤左右。同時，隨著運輸距離的增加，長管拖車運輸成本大幅上升。當運輸距離為50公里時，氫氣的運輸成本為5元/公斤左右，當距離500公里時運輸成本達到20元/公斤。因此，長管拖車的經濟運輸半徑僅在100公里以內。

“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綜合成本。這樣一趟下來，成本就特別高。”中國石化石油化工科學研究院（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，將其進行升級，推出了制、儲、加、運一體化發展的全產業鏈模式，相比以往的加氫站，增加了制氫環節，直接省掉了運輸環節。

當前，一體站系統制氫效率達到全國領先水平，利用石科院配套研發的RSR-501新型甲醇重整催化劑和CCC-101/102催化氧化催化劑，有效解決了傳統催化劑金屬團簇晶粒尺寸與穩定性的矛盾，大幅提升原料的利用效率。

該一體站生產的氫氣純度能達到99.999%。每小時能制氫500標準立方米，每天可產出1000公斤氫氣。“目前為40輛公交車加注氫氣，這些車輛每天平穩運行在各條線路上。”中石化北方能源（大連）有限公司總經理王海波說。

一體站制氫實現高效率其實也是減少成本的原因。“甲醇和水反應變成氫氣過程中把相對純度不高的氫提取出來，在制氫的過程中進行供熱，實現能量的耦合。這樣可以使加氫站制氫的成本降到比較好的水平。”徐潤說。

王海波告訴筆者：“綜合來看，一體站項目從制氫、運氫到儲氫的綜合成本，相比傳統加氫站，降低了20%以上，將成為我國低成本加氫站的示范樣本，進一步推動我國氫能產業發展。”

小型化

甲醇制氫技術已經發展得比較成熟，很多煉廠都在應用，但因為其過大的“體型”，原本并不適合加油站的應用場景。

石科院一舉破解了這一難題。“一體站裝置系統建設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，而同等制氫規模的傳統設備占地面積超過500平方米。”徐潤向筆者介紹。

徐潤把這一開發過程形象地比喻成“大哥大到華為手機的變革過程”，就是把一個體型相對大且只能打電話發短信的手機變成小型且智能化的手機。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效率提高10倍；其次，要從相關煉廠的設備里進行反復選型。在這個過程中，有些比較好的設備由于過大不能選；最后，選好型以后，再篩選出國內加工企業，把設備做到精細化，就像把大的芯片做小一樣。”

通過這個過程，石科院把一天可以產氫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的模化塊進行呼應。“實現模塊化就像家里用的冰箱一樣方便，把很小的一個模塊運用到裝置上，馬上就可以產出氫氣來，大大縮短了生產氫氣的產業鏈。”徐潤說。

與此同時，一體站裝置系統自動化、智能化水平同樣達到國內領先。通過石科院自主研發的工藝和技術，可實現一鍵開停車、云端監控等智能化操作。

“因為制氫量要根據市場需求，一鍵開停車的作用就是可以根據需求進行量的調節；氫氣生產設備也十分智能，可以進行自我診斷和操作，遠在北京都可以通過線上平臺看到設備運轉情況。”徐潤說。

安全可靠

關于加氫站，或以油、氫、氣、電為主的綜合加能站，多數人都會將其與易泄、易燃、易爆等危險詞匯聯系起來。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，就不易引發氫氣爆炸。業內專家早就給出如此表述：“加氫站進行選址的時候，首先還要考慮通風條件，根據我們現有的研究、技術和執行規范來說，加氫站的運營風險是可控的。”

此前，我國住建部發布的《汽車加油加氣加氫站技術標準（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格規定。

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

加氫站投用制氫裝置，安全性能進一步提升。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險。同時，也省去了以往運輸接卸環節的安全風險，安全性再次得到保障。

在低碳發展大勢之下，石科院同樣把環保性能提到首位。

“通過從技術角度進行一系列突破，該系統環保性能優異，生產過程中無固廢影響、無廢水外排、無尾氣污染。在滿足加氫站內安全和運營控制要求的前提下，與國內同類運行裝置相比能耗更低、甲醇消耗更少，節能效果非常顯著。”徐潤給出如此評價。

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

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

用時不到一年

“相比一體站項目在技術、安全方面做的系列突破，最難突破的是項目落地。”徐潤說。

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

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

“特別是需要確認項目的安全性、可行性，打破‘談氫色變’的刻板印象。”王海波說。

為此，他們一方面邀請政府職能部門現場調研，了解制氫站的可行性、政策審批的可操作性；另一方面，協調政府召開項目推進會，并在會上做專題匯報，說明項目的技術先進智能、安全可靠、綠色環保，打消政府疑慮。同時協助政府邀請中國石化專家參與站內制氫項目安全論證，確認項目安全可靠，具備站內制氫的示范條件。

此外，還要強調先進性、示范性，畫好共同發展“同心圓”。就是站在產業鏈發展的高度，把“我的事”變成“我們的事”，從制氫純度、自主知識產業的技術、健全產業鏈角度出發，將中國石化的技術優勢、品牌優勢與政府的制度創新優勢相結合，將建設、運營、資金技術支持、產業鏈發展落實成為具體可靠的方案，進一步增強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揚中石化燃料油公司“三創”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，經屬地政府及專家反復溝通與論證，充分依托“先行先試”“鼓勵創新”的政策優勢，同意立項建設，并決定將該項目落戶盛港站。

之后進度快速推進。

2022年8月11日開始施工，9月25日完成主體項目建設，10月20日生產出滿足燃料電池車使用標準、純度為99.999%的合格氫氣產品，11月3日開始試運營。

在這些日期背后，同樣需要克服各種挑戰。

“恰逢十一國慶、二十大召開，主設備廠家四川、設計公司天津、大連項目現場施工三地陸續發生了疫情，尤其是四川成都還遭遇了高溫限電、地震、暴雨，對工期提出了嚴峻挑戰。”王海波告訴說。

為了克服這些困難，北方能源公司一方面與設備供應商全力溝通，采用日報及駐場監工的形式緊盯設備進場。因項目新穎，經常出現設計變更，公司做到問題不過夜，及時做調整。另一方面，與石科院、自貿片區管委會聯合現場辦公，安全總監及兩名安全管理在現場輪流監督管理，制定了制氫撬吊裝、工藝管線焊接等重要環節的專題施工方案，保障施工安全。

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

責任編輯：石杏茹