助力绿色冬奥工业废气吸进来,清洁能源

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「本文来源：科技日报」年北京冬奥会，将有辆氢燃料电池车服务赛事。你可能想不到，这些车行驶所需要的高纯度氢气，竟来自石化企业的工业废气。而实现在废气中“掘金”的，是拥有自主知识产权的变压吸附气体分离技术。◎陈科在即将召开的年北京冬奥会上，将有辆氢燃料电池车服务赛事。让人想不到的是，这批清洁、低碳的新能源汽车行驶所需要的高纯度氢气，竟来自石化企业的工业废气。而实现在废气中“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）透露，西南化工与中国石油天然气股份有限公司华北石化分公司签订的立方米/小时氢气提纯装置项目，预计将于年1月投产，该装置使用PSA技术所产的氢气，将为年北京冬奥会提供清洁能源。今年3月，同样采用PSA技术新建的燕山石化立方米/小时氢气提纯装置已开车成功，所生产的氢气纯度达99.%,也将用于冬奥会氢燃料电池车。将工业副产气转化为氢能氢气是重要的炼化、煤化工、精细化工原料和清洁能源，我国工业副产气量大面广，可为氢能产业发展提供稳定、低成本的氢源。数据显示，年全国焦炭产量为4.71亿吨，副产氢气可达万吨。另外，丙烷脱氢、炼油和氯碱行业副产氢气也是巨大的氢气来源。“要有纯化技术才能使这些氢气成为氢能。PSA就是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，通过压力变化使混合气中的不同组分实现分离和净化，是气体分离领域最重要的共性技术之一。”西南化工党委书记、总经理陈健说。“将工业副产氢转化为燃料电池用氢，定向除杂是一个必须突破的技术难题。”西南化工技术负责人说，由于不同用途氢气的质量指标差别大，即使是高纯氢，其中杂质的含量也可能远高出氢燃料电池标准的规定值，从而造成燃料电池催化剂中毒，导致氢燃料电池输出性能下降甚至损坏报废。为此，西南化工的科研团队针对工业副产气制备燃料电池车用氢气，先后突破大规模、高压力、多杂质气源的氢气吸附分离提纯技术难题，设计出世界最大规模的PSA提纯氢气装置，并形成了拥有自主知识产权的工业副产氢净化与提纯成套技术，使我国PSA提纯氢气装备技术达到国际领先水平。“煤化工企业、氯碱企业、钢铁冶炼企业生产中产生的焦炉煤气、兰炭尾气、氯碱尾气、多晶硅尾气等，都可以成为氢能的‘原料’。采用PSA技术回收这些废气中的氢气，可大幅提高废气综合利用水平。”陈健说。目前，以PSA技术为核心的工业副产气模块化净化提纯技术，已应用于60余套工业装置，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”“20世纪90年代中期之前，我国大型化PSA提纯氢气装置全部依靠进口，西南化工于年成功实现大型PSA技术国产化以来，我们将PSA技术从提纯氢气拓展到净化回收一氧化碳、变换气脱二氧化碳、沼气回收甲烷、烟道气捕集二氧化碳等领域。”陈健说。如今，“中国版”的PSA技术正应用于世界各国能源领域：在文莱达鲁萨兰国大摩拉岛上，年启动建设的22万标准立方米/小时炼厂PSA提纯氢气装置正安全高效地运行，这是我国出口海外最大的PSA提纯氢气装置，也是世界上最大的PSA提纯氢气装置之一；去年西南化工再次在国际竞标中，中标文莱炼化项目大型化PSA提纯氢气工程，氢气总产量达到85万标准立方米/小时；今年，西南化工为韩国鲜都化学（株）公司提供了一套产品气量为标准立方米/小时的燃料电池氢生产装置，这也是首套在海外落地的PSA制燃料电池氢项目。国内使用西南化工PSA技术实现工业副产气资源化利用也硕果累累：广州石化从苯乙烯裂解尾气中提取燃料电池用氢气，为大湾区各城市的加氢站供氢，设计燃料电池用氢气生产能力为标准立方米/小时，该装置于年投产，长周期高负荷稳定运行至今，实现了宝贵的副产氢资源的高值回收利用。燕山石化从炼厂气中提取燃料电池用氢气，为北京冬奥会配套加氢站供氢，设计燃料电池用氢气生产能力为标准立方米/小时。以较低能耗将废气“吃干榨净”“PSA技术也是一项节能降耗技术。”陈健说，无论是石油炼制、湿法冶金、煤化工，还是生物制品精制、农药化肥的生产过程，都离不开分离技术。与众多分离技术相比，PSA技术具有能耗低的显著优点，并且工艺过程简单，操作稳定，可将混合气中的多种杂质净化并得到高纯度的目标气体。西南化工技术负责人算了一笔账：PSA技术从炼化企业尾气中回收乙烯和丙烯的能耗大约为千克标准油/吨，传统热裂解乙烯和丙烯的能耗约为千克标准油/吨。依靠PSA技术建成的炼化企业干气回收装置，每年可回收乙烯与丙烯约万吨，节约能耗折合26.78万吨标准油，按照每吨标准油排放3.36吨二氧化碳计算，相当于每年减排约89.9万吨二氧化碳。“当前世界主要国家把氢能作为能源转型、实现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，绿氢生产技术尤为重要。但在氢能产业发展初期，从工业副产气中提纯氢是氢气的重要来源，也是将工业副产气‘吃干榨净’的途径之一。”陈健表示，针对工业副产气资源浪费、环境污染、碳减排等问题，未来PAS技术还可拓展应用于更多类型的工业副产气的资源化高值利用。

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