資訊動態 甲醇制氫加氫一體化模式 可有效促進我國氫能應用高 效落地
更新時間：2024-03-16 關注：2157
加(jia)氫(qing)站(zhan)是(shi)氫(qing)能(neng)廣泛應用于(yu)交通運輸領域所(suo)必需的重要基礎設施。2月15日，我國第首 次甲(jia)醇(chun)制氫(qing)加(jia)氫(qing)一體站(zhan)（以下簡稱“甲(jia)醇(chun)制加(jia)氫(qing)”）在遼寧(ning)大連自貿(mao)片區正式投用。這種加(jia)氫(qing)站(zhan)具有裝臵占地(di)面積(ji)小、項目建設周期短(duan)、用氫(qing)總成(cheng)本低、儲(chu)運更安全(quan)和易復制推廣等優勢。分析認為(wei)，甲醇制加氫模式(shi)為(wei)我(wo)國(guo)加氫站可(ke)持續發(fa)展(zhan)提供了(le)有效路徑，或將成為(wei)我(wo)國(guo)氫能在交通(tong)領(ling)域安(an)全(quan)可(ke)靠、集約高 效落地的示范(fan)樣(yang)本。
一、 甲(jia)醇制加氫模式優勢顯著(zhu)，推廣應用可行(xing)性高
甲(jia)醇制(zhi)(zhi)加(jia)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)模式(shi)是在(zai)(zai)(zai)加(jia)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)站(zhan)內(nei)安裝分布式(shi)甲(jia)醇制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)系統裝臵，制(zhi)(zhi)得氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)氣在(zai)(zai)(zai)站(zhan)內(nei)直(zhi)接加(jia)注到汽車中，節(jie)省了氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)氣運輸環節(jie)。目前，主要有站(zhan)內(nei)制(zhi)(zhi)加(jia)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)一(yi)體(ti)(ti)化(hua)和(he)站(zhan)外供氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)站(zhan)內(nei)加(jia)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)兩(liang)種模式(shi)。站(zhan)內(nei)制(zhi)(zhi)加(jia)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)一(yi)體(ti)(ti)化(hua)包(bao)括水電解(jie)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)和(he)天然氣制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)。水電解(jie)制(zhi)(zhi)加(jia)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)一(yi)體(ti)(ti)化(hua)技術(shu)已較為成熟，在(zai)(zai)(zai)歐洲加(jia)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)站(zhan)獲得廣(guang)泛應(ying)用(yong)；天然氣制(zhi)(zhi)加(jia)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)一(yi)體(ti)(ti)化(hua)已在(zai)(zai)(zai)廣(guang)東佛山及(ji)河北張家口試(shi)運行。站(zhan)外供氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)站(zhan)內(nei)加(jia)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)模式(shi)則是利用(yong)天然氣重整制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)或者鋼廠、化(hua)工廠副產氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)氣，凈(jing)化(hua)后再(zai)使用(yong)高壓儲(chu)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)瓶運輸至加(jia)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)站(zhan)。
甲醇制加氫模式與站內水電解（或天然氣）制加氫一體化模式相比，有三方面優勢。一是該模式下裝臵投資少、效益高。甲醇制氫裝臵建設采用“撬塊化建站模式”，主體裝臵占地僅64平方米。相關機構測算，同等制氫規模的傳統設備占地面積超過500平方米，裝臵投資額與常規的天然氣制氫相當，是水電解制氫的35.5%，綜合考慮制、儲、運、維等成本，甲醇制加氫總成本分別比天然氣制氫、水電解制氫低約15%、26%。二是甲醇制氫作為大化工常用路線，技術成熟，不存在卡脖子問題，而水電解制氫規模小、能耗高、設備損耗高，同時質子交換膜、催化劑等關鍵原材料進口率達70%以上，卡脖子問題較重。三是可緩解我國甲醇產能過剩壓力。2021年我國甲醇產能達9738.5萬噸，表觀消費量7808.5萬噸，存在產能過剩問題；當年我國天然氣消費量3690億立方米，進口量高達45%，而大規模使用天然氣制氫會加劇對外依賴程度。
甲醇制加氫模式與站外供氫站內加氫模式相比，有三方面優勢。一是成本可控。該模式下制加氫過程為智能化操作，與國內同類運行裝臵相比能耗更低、甲醇消耗更少，制氫量可根據加氫量需求數據進行靈活調整，從而降低儲氫端的成本，經濟效益較高。同時，只需甲醇作為液體運輸到裝臵中制備氫氣，之后直接通過加氫站注入汽車中，較站外供氫站內加氫模式下節省20%-35%左右的氫氣輸運成本。二是避免長距離運輸氫氣，降低了安全風險。在站外供氫站內加氫模式下，氫氣來源是煉化企業生產后通過高壓儲氫瓶存儲，再通過長管拖車運輸到加氫站內。在儲運階段，尤其是重復裝氫卸氫過程中，儲氫設備極易產生內膽銹蝕和氫脆、疲勞、氫滲、氫氣剝離等問題而導致整體塑性降低，影響儲氫設備服役壽命，同時非常容易爆炸。為了安全考慮，目前國內加氫站通常采用35噸重的罐裝運輸車輛運氫，但每輛車只能運輸300公斤氫氣，考慮到壓力容器的安全，不能完全釋放罐內氫氣，實際只能卸裝200多公斤，運輸效率較低。而甲醇制加氫模式無需氫氣的長距離儲運及裝卸，在站內實現制氫加氫過程，氫氣即產即用，做到了用氫不運氫，從源頭解決用氫安全難題，安全系數高。三是該模式下加氫站可預留對外接口，充裝長管拖車和作為母站為周邊加氫站提供氫源，形成區域加氫子母綜合站。此外，還可基于現有甲醇配送體系、天然氣管網、加油站、CNG&LNG加注站等設施進行改擴建，易于推廣。
二、甲醇(chun)制(zhi)加氫可促進氫能產業高(gao) 效(xiao)落地
可提升制氫原材料供給能力，促進氫能產業發展規劃的有效落地。截至目前，國內已有21個省（自治區、直轄市）出臺了相應的氫能規劃，到2025年，推廣燃料電池汽車的目標數量合計為11.1萬輛，建設加氫站合計1071座。以此計算，年需求氫氣數量約為45萬噸，實際消耗甲醇約700萬噸，以甲醇每年將近1800萬噸的過剩產能，完全可以支撐各地氫能在燃料汽車領域的有效落地，節省了大量天然氣、煤等資源，同時甲醇常溫常壓下呈液態，運輸非常方便，提升了供給效率。此外，甲醇制加氫生產的氫氣純度能達到99.999%，可直接在氫燃料汽車中應用，促進高純度氫能供給能力的提升，更降低了氫氣中雜質對氫燃料電池系統的腐蝕作用，可促進氫燃料汽車中電池使用壽命的延長和大規模普及。
可降低加氫站審批安全難度，推動氫能基礎設施加速布局。加氫站是氫能在交通運輸領域實現大規模應用的重要基礎設施。但考慮到氫氣的危化品屬性及儲運過程的安全風險等因素，我國大部分地區要求制氫過程必須在化工園區內集中進行，并將氫氣作為危化品統一管理。因此，加氫站審批一直非常嚴格且十分困難。2022年3月23日《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》出臺，首 次明確了氫的能源屬性。在此背景下，甲醇制加氫進一步降低了加氫站整體安全風險，將提高加氫站審批效率，加快基礎設施布局速度，促進氫能產業大范圍應用。一方面，它有著普通加氫站所不具備的長處，既能實現站內制氫與用氫的平衡，又能降低長管拖車帶來的高風險與高成本，還能與周邊化工園區配合形成產業鏈，呈現的便是終端用氫成本下降，達到多贏的局面。另一方面，甲醇制氫主體裝臵占地面積僅64平方米，在安全距離設計符合《加氫站技術規范（2021年修訂版）》要求的基礎上，加氫站整體占地面積將更小，在發生安全事故時，其影響范圍有限，不會對周邊造成過大傷害，選址更容易、土地成本更低，促使加氫站在城市核心區域布局成為可能。
甲醇制加氫工藝自主化、智能化水平高，有利于大規模推廣復制。一是采用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，同時，采用的各類催化劑等輔助材料也是自主研發，制氫效率全國領 先，大幅提升了原料的利用效率，對降低氫氣成本進而降低售價、促進氫能汽車的推廣起到了重要作用。二是可實現一鍵開停車、云端監控等智能化操作，操作人員只需完成插、拔加氫槍動作，按鍵加氣即可，無需人工干預，高 效率、低風險，提升了氫能汽車的本質安全水平。與國內同類運行裝臵相比能耗更低、甲醇消耗更少，安全及經濟效益顯著，有利于大規模推廣復制。目前該模式生產的氫氣仍屬于藍氫范疇，使用的碳捕捉、利用與儲存技術可實現一定量的碳中和，屬于低排放生產，并不能實現零排放，在未來碳稅成本不斷增加的形勢下，這可能成為一種隱性成本。在電解水制氫成本居高不下、技術尚不成熟的條件下，其具備推廣復制的條件。
三、幾點思考
進一步完善政策支持體系。一是盡快出臺相關能源法規，從上位法層面確定氫氣的能源屬性，在按危險化學品管理的基礎上更好地以能源形式予以管理。二是明確關于加氫站的監管機構、管理辦法，并允許在非化工園區建設制氫加氫一體站或逐步納入城市特許經營權目錄予以管理，強化加氫站的審批建設效率，解除布局限 制。三是對于滿足價格經濟、碳排放達標的一體化站建設運營加大資金補貼力度，同時引導股權投資基金、創業投資基金等民間資本為一體化站的運營提供支持。
優化相關工藝技術，進一步降低成本。一是持續改進甲醇制備過程中的反應裝臵、操作單元組合、精餾過程、延長催化劑壽命等，降低甲醇生產單耗及成本，助力原材料甲醇降低售價。二是持續優化甲醇制氫工藝，強化在不同制氫規模裝臵下氫回收率與額外供能關系、新型催化劑應用、甲醇降耗研究，降低制氫成本。三是加快突破甲醇制氫過程發展為甲醇儲氫過程工藝技術，即以甲醇作為儲氫分子，通過甲醇制氫為加氫站提供氫能，同時將制氫過程排放的二氧化碳進行回收再利用，通過催化加氫或光電催化合成甲醇，形成閉環過程，從而實現二氧化碳的零排放以降低未來碳稅成本。
強化人防及技防手段，提升本質安全水平。一是強化日常安全管理，制定切實可行的處臵預案和操作規程，嚴禁加注機、冷卻器或壓縮機等主要部件過載使用。二是建立氫氣泄漏等安全事故數據庫，加大加氫站量化風險、設備失效原理等理論研究力度，為加氫站安全風險識別提供理論基礎。三是加強高強度儲氫材料、高靈敏度氫氣泄漏檢測監測預警產品、高壽命制氫輸氫特種設備的研發，提升關鍵設備整體安全性能。四是強化新一代信息技術在氫能全產業鏈的應用，為制氫加氫環節易出現的疲勞、泄漏、火災、爆炸等風險隱患提供先進的解決方案。