有“氧”来仪落盛港

周志霞

甲醇制氢，“石化方案”新风口

中国石化全国首个甲醇制氢加氢一体站项目投用，破解了我国氢气储存和运输成本高昂的窘局，为全国加快构建氢能供网络提供可复制、推广的样本。

我国加氢站有近270座，但没有一座可以实现甲醇现场制氢。

中国石化成为第一个吃螃蟹的人。

近日，由中石化北方能源（大连）有限公司（下称中石化北方能源公司）自主研制的我国首个分布式甲醇制氢加氢一体站（简称一体站）在大连自贸区正式投用。

该项目采用中国石化自主研发的分布式甲醇制氢系统，包含甲醇重整、催化氧化、过程强化、系统集成等多项自主创新成果，实现了甲醇制、储、加、运一体化发展的全产业链模式，不仅破解了制约我国氢能产业发展的关键环节，且系统制氢效率，系统自动化、智能化水平达到全国领先水平。

降低成本20%以上

北侧加氢站、南侧加油站、东侧加气站，互不干扰，成三角形布局，甚是壮观。

在盛港油气氢电服“五位一体”综合加能站（简称盛港站）里，除了加油、加氢、加气，还可以充换电，特别是可以提供住宿、餐饮、汽服等服务，成功构建了“人·车·生活”的生态圈。

该站位于大连自贸片区，这里毗邻大连港，每天往来的运输车辆络绎不绝。记者在现场看到，一辆印有“大连市氢能综合利用示范工程”的公交车停在了加氢站。仅几分钟时间，该公交车便加满了10公斤氢，可续航100多公里。

让人没想到的是，这座加氢站里的氢气并非来自于长管施车运输而来，而是来自于在加氢站旁不远处的现场一体化装置。

储存和运输成本高昂，一直是制约我国氢能产业发展的关键环节。

我国目前氢能发展处于起步阶段，整体产氢规模较小。氢气一般在当地炼厂生产，经过技术提纯后就地消费，氢气的运输距离相对较短，因此多采用长管拖车运输。

然而长管拖车装载量有限，一次仅能运输300公斤左右。同时，随着运输距离的增加，长管拖车运输成本大幅上升。当运输距离为50公里时，氢气的运输成本为5元/公斤左右，当距离500公里时运输成本达到20元/公斤。因此，长管拖车的经济运输半径仅在100公里以内。

“再加上卸载氢气的时候由于压力逐渐减小，存在卸不净的问题，一般只能卸70%左右。卸完氢后，加氢站储氢瓶的存储成本也需要考虑进综合成本。这样一趟下来，成本就特别高。”中国石化石油化工科学研究院（简称石科院）第二十七研究室副主任徐润说。

为解决这一难题，石科院以中石化燃料油有售有限公司（简称中石化燃料油公司）的盛港站为实验场所，将其进行升级，推出了制、储、加、运一体化发展的全产业链模式，相比以往的加氢站，增加了制氢环节，直接省掉了运输环节。

当前，一体站系统制氢效率达到全国领先水平，利用石科院配套研发的RSR-501新型甲醇重整催化剂和CCC-101/102催化氧化催化剂，有效解决了传统催化剂金属团簇晶粒尺寸与稳定性的矛盾，大幅提升原料的利用效率。

该一体站生产的氢气纯度能达到99.999%。每小时能制氢500标准立方米，每天可产出1000公斤氢气。“目前为40辆公交车加注氢气，这些车辆每天平稳运行在各条线路上。”中石化北方能源（大连）有限公司总经理王海波说。

一体站制氢实现高效率其实也是减少成本的原因。“甲醇和水反应变成氢气过程中把相对纯度不高的氢提取出来，在制氢的过程中进行供热，实现能量的耦合。这样可以使加氢站制氢的成本降到比较好的水平。”徐润说。

王海波告诉记者：“综合来看，一体站项目从制氢、运氢到储氢的综合成本，相比传统加氢站，降低了20%以上，将成为我国低成本加氢站的示范样本，进一步推动我国氢能产业发展。”

小型化

甲醇制氫技术已经发展得比较成熟，很多炼厂都在应用，但因为其过大的“体型”，原本并不适合加油站的应用场景。

石科院一举破解了这一难题。“一体站装置系统建设采用撬块化建站模式，场地利用率为全国最高，主体装置仅占64平方米，而同等制氢规模的传统设备占地面积超过500平方米。”徐润向记者介绍。

徐润把这一开发过程形象地比喻成“大哥大到华为手机的变革过程”，就是把一个体型相对大且只能打电话发短信的手机变成小型且智能化的手机。这就需要在小型化、模块化和智能化方面下功夫。

“首先，我们将催化剂的反应效率提高10倍；其次，要从相关炼厂的设备里进行反复选型。在这个过程中，有些比较好的设备由于过大不能选；最后，选好型以后，再筛选出国内加工企业，把设备做到精细化，就像把大的芯片做小一样。”

通过这个过程，石科院把一天可以产氢1000公斤的甲醇制氢装置，做到了60平方米。小型化的最大的好处是与后续的模化块进行呼应。“实现模块化就像家里用的冰箱一样方便，把很小的一个模块运用到装置上，马上就可以产出氢气来，大大缩短了生产氢气的产业链。”徐润说。

与此同时，一体站装置系统自动化、智能化水平同样达到国内领先。通过石科院自主研发的工艺和技术，可实现一键开停车、云端监控等智能化操作。

“因为制氢量要根据市场需求，一键开停车的作用就是可以根据需求进行量的调节；氢气生产设备也十分智能，可以进行自我诊断和操作，远在北京都可以通过线上平台看到设备运转情况。”徐润说。

安全可靠

关于加氢站，或以油、氢、气、电为主的综合加能站，多数人都会将其与易泄、易燃、易爆等危险词汇联系起来。确实，这么多种能源放在一起，站点的安全性如何保证呢？

其实，氢气的比重低，在空气流通的情况下，氢气是向上逃逸的。反而是氧气比较重，大多沉在下方。若能做好氢气的防积聚、泄漏检测及连锁切断，就不易引发氢气爆炸。业内专家早就给出如此表述：“加氢站进行选址的时候，首先还要考虑通风条件，根据我们现有的研究、技术和执行规范来说，加氢站的运营风险是可控的。”

此前，我国住建部发布的《汽车加油加气加氢站技术标准（征求意见稿）》中，对在城市建一级加油加气以及加氢站的距离有着严格规定。

为此，在一体站立项之前，中国石化专家也参与了站内制氢项目安全论证，确认项目安全可靠，具备站内制氢的示范条件。比如该装置充分考虑了设备和建构筑物之间的防火、防爆安全间距要求以及与相邻设备或建构物之间的安全距离。

加氢站投用制氢装置，安全性能进一步提升。比如，加氢车加氢只需要35兆帕，但在加氢站储氢需要45兆帕，加氢站制氢大幅降低了高压储氢的风险。同时，也省去了以往运输接卸环节的安全风险，安全性再次得到保障。

在低碳发展大势之下，石科院同样把环保性能提到首位。

“通过从技术角度进行一系列突破，该系统环保性能优异，生产过程中无固废影响、无废水外排、无尾气污染。在满足加氢站内安全和运营控制要求的前提下，与国内同类运行装置相比能耗更低、甲醇消耗更少，节能效果非常显著。”徐润给出如此评价。

比如，在废水外排方面，通过技术开发，甲醇的转化率非常高，没有转化的甲醇非常少，即便有也再次进入原料罐进行反应，整个过程形成闭环，废水外排可以保证。

尾气污染方面，石科院在技术层面做成了闭路循环。在做高纯氢的过程中，会有一部分纯度不高的氢产生。该项目让这部分纯度不高的氢再回到供热系统，用吸热和放热的两个反应进行偶合，实现了尾气零排放。

用时不到一年

“相比一体站项目在技术、安全方面做的系列突破，最难突破的是项目落地。”徐润说。

为什么？作为新兴事物，没有可以参考的经验。近两年很多省市加氢站的发展速度不快，很大程度就是因为没有可以参考的经验，更不要说加氢站现场制氢了。

一体站项目的研发阶段相对比较早。但真正开始立项设计，并加速推进已经到了2022年。没有可以参考的经验，政策制度不完善、审批难是项目落地的头号难题。

“特别是需要确认项目的安全性、可行性，打破‘談氢色变的刻板印象。”王海波说。

为此，他们一方面邀请政府职能部门现场调研，了解制氢站的可行性、政策审批的可操作性；另一方面，协调政府召开项目推进会，并在会上做专题汇报，说明项目的技术先进智能、安全可靠、绿色环保，打消政府疑虑。同时协助政府邀请中国石化专家参与站内制氢项目安全论证，确认项目安全可靠，具备站内制氢的示范条件。

此外，还要强调先进性、示范性，画好共同发展“同心圆”。就是站在产业链发展的高度，把“我的事”变成“我们的事”，从制氢纯度、自主知识产业的技术、健全产业链角度出发，将中国石化的技术优势、品牌优势与政府的制度创新优势相结合，将建设、运营、资金技术支持、产业链发展落实成为具体可靠的方案，进一步增强政府部门支持项目落地的信心。

在这个过程中，中石化北方能源公司全面发扬中石化燃料油公司“三创”精神，坚持“迈开腿、张开嘴”，与政府各职能部门做了不懈沟通。最终，经属地政府及专家反复沟通与论证，充分依托“先行先试”“鼓励创新”的政策优势，同意立项建设，并决定将该项目落户盛港站。

之后进度快速推进。

2022年8月11日开始施工，9月25日完成主体项目建设，10月20日生产出满足燃料电池车使用标准、纯度为99.999%的合格氢气产品，11月3日开始试运营。

在这些日期背后，同样需要克服各种挑战。

“恰逢十一国庆、二十大召开，主设备厂家四川、设计公司天津、大连项目现场施工三地陆续发生了疫情，尤其是四川成都还遭遇了高温限电、地震、暴雨，对工期提出了严峻挑战。”王海波告诉记者。

为了克服这些困难，北方能源公司一方面与设备供应商全力沟通，采用日报及驻场监工的形式紧盯设备进场。因项目新颖，经常出现设计变更，公司做到问题不过夜，及时做调整。另一方面，与石科院、自贸片区管委会联合现场办公，安全总监及两名安全管理在现场轮流监督管理，制定了制氢撬吊装、工艺管线焊接等重要环节的专题施工方案，保障施工安全。

终于，今年2月15日，一体化项目正式投用，且建设周期最短，从开始设计到投营仅仅用了不到一年时间！

责任编辑：石杏茹