图：林德集团氢气运行经理刘忠勇 

 

       5月21日，由电池联盟、中国电子节能技术协会电池专委会和中国化学与物理电源行业协会氢能及燃料电池分会(筹)联合举办的“2019新型制氢技术与加氢站建设高峰论坛”在苏州隆重召开，林德集团氢气运行经理刘忠勇做了题为“氢气的生产和安全”的精彩演讲，以下为的演讲速记全文：
 

       今天介绍氢能的生产和安全，上午有专家介绍过氢气生产这块，下午我会详细一些，另外上午提问提到氢能源电池对氢气的要求，实际上生产过程中，很多的探测和检测点检查不出来，原料有水、天然气、石化材料。生产工艺有很多种，有转化、部分氧化还有甲裂，这些都必须要提纯，还有我们的冷箱通过低温分离，还有酸性气体等。我举一个简单的例子，冷箱的工艺。如果从冷箱出来，再经TMP提纯的，不用分析，它的硫肯定合格，如果了解的话，那些杂质无需考虑，肯定是能做到合格的。

 

       首先简单介绍一下SMR的工艺。很简单，就是通过将一些天然气还有液化石油气等进行转化，还有最终它是甲烷和水的反应，最终再跟水结成气体相关。实际上蒸汽转化也要催化剂，它催化剂主要的成分是镍，和燃料电池的铂都属于贵金属，在蒸汽进行转化前，对原料也是进行预处理，预处理的工艺很多种，有加氢脱硫的，国内比较通用的是加氢以后，有机硫和无机硫然后转化为氧化锌。我们内部还有精脱镍的工艺，如果有预转化，那么催化剂非常昂贵，就像燃料电池一样的。催化非常薄，就要加精脱硫，脱到预转化的硫含量，基本上到20个PPB以下，再经过转化和吸附，到后面就没有了，到前面催化硫都把它吸完了，从生产氢气的角度来讲，对后面的硫和氯来说是不存在了。

 

       前面提到其他的气，因为没有经过这些工序的处理，那可能会到你的产品氢里面去，所以假如买氢气的时候，你只要了解它的工艺，就可以对它的产品就知道了。这是一个典型的蒸汽转化的顶烧炉的结构，通过加热、预热，炉管，催化剂就在里面，其他的气体按照比例混合以后，一般我们的温度在800—900度的温度出来了。这是一个详细的顶烧炉的结构，投资成本主要是在关键设备，在转化。它的投资超过30%。那它的一些主要操作成本就是原料气，实际上SMR工艺同时附产一些蒸汽，它的工程要求就是电、网路给水、冷却水、空气。这个是我们在上海漕河泾工业区的每小时1.18吨氢气的照片，右边是顶烧炉，大的罐子是尾气的，下面的是小的PMC的提纯罐。

 

       接下来介绍一下甲醇裂解工艺，这实际上它的反应压力和温度要求就要比SMR 天然气转化低很多，温度在200—300度之间，我们国内250就可以做到，一般是在280左右，压力是在15—20吨左右。实际上它的催化剂基本上国内是以同基的催化剂为主，同基的一旦有油和氯，也很快失火了。一般甲醇裂解工艺的时候，会对甲醇的燃料有要求，现在国内在这块要求并不是很好，但是业内了解下来，我们用的甲醇是采用天然气的甲醇，每一次甲醇还有化工的甲醇，从考虑催化剂的寿命来讲不考虑用，因为它会将催化剂的寿命缩短，因为考虑到有其他的杂质分化不出来，会对你的气体产生影响。从甲醇裂解的角度来说，它的氢气也是非常纯的，像我们的工艺做出来，供给电子气级的，都是做到5—6个9的水平。这是甲醇裂解工艺简单的流程图，大家可以看到这里面实际上就是一个反应器，那这个反应器的加热，因为它的温度要求不是很高，那就是200—300度，我们国内基本上采用导热炉燃烧，像德国的有些是直接通过烟气进行加热，它的传热效率更加好，单耗更加低。这里面是合成气经过分离。那它主要的成本也就是在甲醇。

 

       这个实际上就是一套在厦门的卡罗里克（音）设立的甲裂装置，大部分的设备反应和预热就在这里面，国内的占地面积比较大，它这个比较小，大概是1/3。那刚刚说到第三组就是变压吸附，SMR也好，甲醇裂解也好，都是通过SMR提纯的，它面临的条理就是高压和低压条件下吸附杂质能力的不同，高压情况下吸附的杂质更多，低压再吸附，然后再生，就是反反复复的。那这里面就是时间的长短，吸附时间长导致穿附，然后产品不合格。一般我们有一张表，PLC对杂质的吸附能力是不一样的，因为对氢它的极性弱，还有吸附速率以及结合律都不一样，所以吸附强弱是不一样的，所以通过这样的办法来进行分离，像一般的水，二氧化碳、甲烷等这些相对吸附能力强，而像氩、氧、氮比较难吸附。一般在吸附里面我们会装三种东西，根据急性不同，如果这个罐子我全部装分子塞的话会有问题，如果它有二氧化碳或者是水，那它的解析非常麻烦，一旦解析不好会影响到下一次的吸附，一般下面会装磁球，然后装一层活性碳，来吸附甲烷和二氧化碳，通过分子筛，吸附一氧化碳和氮气，最后保证出来的氢气是合格的产品，操作过程中如果你操作不好，二氧化碳跑到上面去，那下一个周期你会发现产品会问题，因为一旦出现二氧化碳，急性强就很难解析掉。这是一个简单的PLC吸附的装置，最少是4个管进行循环吸附，然后一般的话根据不一样，有的是12个、有的是14个，最小可以做到一千分和几十方，大的二三十万方的能力。这是我们在张家港的煤气化的制氢，这是一个冷箱的工艺，它通过低温将氢气和一氧化碳进行分离。水电解制氢大家都很清楚，这是氢气工艺选择成本图。

 

       关于氢气安全，上面也有介绍，氢气确实是非常轻又很容易着火和爆炸，在我20几年的生产过程中，氢气并不可怕，它是不可烧就怕着，但是着火白天看不见，这就是最难的。这里面我给几张图大家可以看到，一个氢气着火的案例，这是一块充装过程中由于充装泄露没有及时发现，这是液晶罐里面的泄露，然后你也是看不见的。另外一个是氢脆，这是生产工艺过程中的氢脆，氢脆导致你的事故无法逆转，这是当时的一个断层爆裂，这也是一个爆裂。

 

       我这里介绍一下生产工艺过程中很多生产产生事故的原因有很多，那就看你的管理，从我自身的经历来看是怎样把氢气安全管控好。

 

       首先第一个是分区管理，在这个区域你是否要有PPE，个人防护的标准。第二个就是安全、可靠性和效果，我们有很多的办法来进行管理。还有是工艺优化，会建立很多的模型来对这个装置提高效率。另外有一个大数据，全球这么多的工厂有非常多的数据库。还有我们自己的培训体系，我们有一个装置，整个装置的开启都是智能化。还有是核心的观念，从我自己这么多年来对氢气装置的经验，大家知道美国737Max事故，我们在生产过程中这个出现了故障了怎么办？另外是施工，这也是非常重要的，在施工管理过程中如果偷工减料的话肯定是会不全，所以要有一整套的流程。