中国石化S-PSA纯化成套技术：车用氢气纯度高达99.999%

近日，中国绿色制氢与应用高峰论坛在长春顺利举办，来自行业内各大企业的专家学者齐聚一堂，共同探讨氢能应用的前景与技术问题，来自中国石化大连化工研究院的范得权为与会嘉宾介绍了所在团队负责的S-PSA燃料电池车用氢气纯化成套技术。


范得权：中国石化大连化工研究院项目负责人。

氢能源在能源生产和消费革命中扮演着十分重要的角色，氢气应用场景丰富，可以助力石油炼化、做冶金工业的还原剂，在航天、化工、电子等领域中都有其身影。近几年，燃料电池用氢也在大众视野中逐渐“火”了起来。

“全球‘纯氢’产量7000万吨/年，主要用于化工精炼、合成氨等领域，交通领域消费量不足0.1%”目前，世界主要发达国家都在布局氢能，纷纷发布国家氢能发展战略。美国作为最早发展氢能和燃料电池的国家，产业政策及路线图完备，加州等地区已初步形成基础设施网络，专利数仅次于日本，液氢产能和燃料电池乘用车保有量全球第一。德国、日本、韩国也紧随其上。

范得权表示“我国氢能发展目前主要以交通领域应用为带动，产业链逐步延伸至制氢、储氢、运氢、加氢、燃料电池以及配套产业环节，逐步形成京津冀、华东、华南、华中、华北、东北等六大产业集群”。

中国石化大连化工研究院正在布局氢能产业链关键技术，包括上游的氢气制取、中游的氢气储运到下游的氢气应用以及行业监管等方面。在科研实验平台的建设上，拥有快速变压吸附的S-PSA 实验平台、燃料电池实验装置、氢气品质分析平台等平台装置。

其中，S-PSA氢气纯化成套技术目前已经比较纯熟。依托中国石化“十条龙”攻关项目，通过专用吸附剂制备、模块化工艺流程、专用设备及时序控制以及氢气品质分析检测与在线监测平台技术的开发，形成S-PSA燃料电池车用氢气纯化成套技术，成功建设500Nm3/h侧线试验装置，利用炼化副产氢源，生产出纯度高达99.999%（V），品质优于国家标准GB/T37244-2018 要求的车用燃料电池氢气产品。



该技术针对重整氢中杂质含量高、杂质种类复杂的情况，开发了具有自主知识产权的模块化纯化工艺流程（变温吸附预处理－变压吸附－痕量杂质精制），在保证产品氢气纯度的情况下，具有集约设计、工艺灵活可调等优点，为提纯技术拓展到其他氢源奠定了良好的基础。

针对重整氢源所含有的难脱除杂质，中国石化大连化工研究院开发了CH4/N2专用吸附剂SAM系列和CO专用吸附剂SAC系列，完成脱重烃吸附剂和精脱剂的筛选测试，满足工业试验要求。

此外，中石化还开展多通道集成旋转控制阀的研发，通过匹配吸附剂性能、工艺时序控制的要求，完成阀体选材与结构设计，正在开展设备制造，努力推进关键设备国产化进程。

针对不同炼化副产氢源，中石化完成3000Nm3/h燃料电池车用氢气纯化技术工艺包开发，通过中国石化科技部组织的评审，为S-PSA技术的系列化、标准化推广提供支撑。

针对国标要求，中国石化大连化工研究院完成氢气品质分析平台建设，建立14种杂质的分析检测方法，实现全组分析，可提供技术服务，通过辽宁省市场监督管理局资质认定评审；针对炼化氢源特点，自主开发6种分析方法，完成企业产品标准《燃料电池汽车用氢气及检测方法》立项。

最后，范得权对氢能产业的发展前景提出了几点思考。

首先，氢气纯化技术有向大和向小的发展趋势，他们分别应对着不同的应用场景，目前我们正在做的项目就属于向小发展的情况。其次，氢气纯化技术结合CCUS技术对实现‘绿电+绿氢’也有很大帮助，也期待行业内在这方面有所突破。此外，国外率先提出的‘氢能经济’一词也得到了国内的高度关注。

实现真正的“氢能经济”首先要降本，其次就是氢气的存储。氢气的储运目前还是一个亟待解决的问题，包括燃料电池的成本还需要进一步的下降，需要将氢能全产业链贯穿在整个能源系统中，现在国内的氢燃料电池车基本还是物流车和公交车，距离民用还有一段距离。氢气虽然是宇宙中存量最多的元素，但是若不好好加以利用，氢气的逃逸扩散问题也可能随之发生，尽管氢气燃烧只生成水，但氢气本身还原性较强，未来或许还需要考虑它的污染问题。