助力绿色冬奥 工业废气“吸”进来，清洁能源“呼”出去

助力绿色冬奥 工业废气“吸”进来，清洁能源“呼”出去 字体： 小 中 大 分享到： 助力绿色冬奥 工业废气“吸”进来，清洁能源“呼”出去 2021-12-14 08:58:45 来源：科技日报

北京冬奥会氢能供应项目-中国石化北京燕山分公司燃料电池氢气净化装置受访者供图

2022年北京冬奥会，将有2000场氢燃料电池汽车服务赛事。你可能想不到，这些车辆所需的高纯氢气，其实来自石化企业的工业废气。在废气中实现“掘金”的，是具有自主知识产权的变压吸附气体分离技术。——陈科

在即将到来的2022年北京冬奥会上，将有2000场氢燃料电池汽车服务活动。没想到，这些清洁低碳的新能源汽车所需的高纯氢气，竟然来自石化企业的工业废气。在废气中实现“掘金”的，是拥有自主知识产权的变压吸附(PSA)气体分离技术。

12月8日，据西南化工研究设计院有限公司(以下简称西南化工)消息，西南化工与中国石油天然气集团公司华北石化签署的2000m3/h氢气净化装置项目预计于2022年1月投产。PSA技术生产的氢气将为2022年北京冬奥会提供清洁能源。

今年3月，同样采用PSA技术的燕山石油化工有限公司新建2000m3/h氢气提纯装置已成功启动，生产的氢气纯度达到99.976%，也将用于冬奥会氢燃料电池汽车。

将工业副产品气体转化为氢能

氢气是炼油化工、煤化工、精细化工和清洁能源的重要原料。我国工业副产气体种类繁多，可为氢能产业发展提供稳定、低成本的氢源。数据显示，2020年全国焦炭产量4.71亿吨，副产氢气800万吨。此外，丙烷脱氢、炼油和氯碱工业中的副产品氢气也是氢气的巨大来源。

“有必要有提纯技术来使氢变成氢能。变压吸附是气体分离领域最重要的共性技术之一，它利用混合气体中不同气体组分在吸附剂中吸附特性的差异，通过压力变化来分离提纯混合气体中的不同组分。”西南化工党委书记、总经理陈建说。

“将工业副产氢气转化为燃料电池用氢气，并定向去除杂质，是必须突破的技术难题。”据西南化工技术负责人介绍，由于不同用途的氢气质量指标差异很大，即使是高纯氢气，其中的杂质含量也可能远远高于氢燃料电池标准的规定值，导致燃料电池催化剂中毒、氢燃料电池输出性能下降甚至损坏报废。

为此，西南化工公司研究团队先后突破了工业副产氢气制备燃料电池汽车用氢气的大规模、高压、多杂质气源的氢气吸附分离提纯技术难题，设计了世界上最大的PSA氢气提纯装置，形成了一整套具有自主知识产权的工业副产氢气提纯提纯技术，使我国PSA氢气提纯设备技术达到国际领先水平。

“焦炉煤气、兰炭尾气、氯碱尾气、多晶硅尾气等。煤化工企业、氯碱企业、钢铁冶炼企业生产中产生的都可以成为氢能的‘原料’。利用变压吸附技术从这些废气中回收氢气，可以大大提高废气的综合利用水平。”陈建说。

目前，以PSA技术为核心的工业副产气体模块化净化技术已应用于60多个工业装置，为氢能产业提供了一条低成本的制氢路径。

为世界能源产业提供“中国路径”

“上世纪90年代中期以前，我国大型PSA氢气提纯装置全部依赖进口。自1996年西南化工成功实现大型变压吸附技术国产化以来，我们将变压吸附技术从提纯氢气拓展到提纯回收一氧化碳、脱除变换气中的二氧化碳、回收沼气中的甲烷、捕集烟气中的二氧化碳等领域。”陈建说。

目前，“中国版”的PSA技术正在应用于世界各国的能源领域:在文莱达鲁萨兰国纳马拉岛上，2013年开工的22万标准立方米/小时炼油厂PSA氢气净化装置安全高效运行，这是中国向海外出口的最大PSA氢气净化装置，也是世界上最大的PSA氢气净化装置之一；去年，西南化工在国际招标中再次中标文莱炼化项目大型PSA氢气提纯项目，氢气总产量达到85万标立方米/小时；今年，西南化工公司为韩国仙都化学(有限公司)提供了一套产品气量为1638标准立方米/小时的燃料电池制氢装置，这也是PSA在海外的第一个燃料电池制氢项目。

利用中国西南化工PSA技术实现工业副产气体的资源化利用也卓有成效:广石化从苯乙烯裂解尾气中提取燃料电池用氢气，为大湾区各城市加氢站供应氢气，燃料电池用氢气设计产能为2200标准立方米/小时。该装置于2020年投产，已长周期、高负荷稳定运行，实现了有价值的副产氢气资源的高值回收。燕山石化从炼厂气中提取燃料电池用氢气，为支持北京冬奥会加氢站提供氢气。燃料电池氢气的设计生产能力为2000标准立方米/小时。

低能耗“吃干榨净”废气。

“变压吸附技术也是一种节能技术。”陈建说，无论是石油炼制、湿法冶金、煤化工、生物制品提炼、农药化肥生产过程，分离技术都是不可或缺的。与许多分离技术相比，变压吸附技术具有能耗低、工艺流程简单、运行稳定的明显优势，可以净化混合气体中的各种杂质，获得高纯度的目标气体。

西南化工有关负责人计算过，炼化企业尾气中回收乙烯和丙烯的PSA技术能耗约为100 kg标油/吨，传统热裂解乙烯和丙烯的能耗约为360 kg标油/吨。PSA技术建设的炼化企业干气回收装置，每年可回收乙烯、丙烯约103万吨，节能量相当于26.78万吨标油，相当于每吨标油排放二氧化碳约89.9万吨。

“目前，世界主要国家都把氢能作为能源转化和碳中和的重要手段之一，制定了不同的氢能发展路径。从长远来看，绿色制氢技术尤为重要。但在氢能产业发展初期，从工业副产气体中提纯氢气是氢气的重要来源，也是‘吃干榨净’工业副产气体的途径之一。”陈建表示，针对工业副产气体资源浪费、环境污染、碳减排等问题，PAS技术可以推广应用到更多类型的工业副产气体进行高值利用。

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