MDP在燃料电池用氢领域有哪些应用

5月21日，由中国电池联盟、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，北京佳安氢源科技股份有限公司营销部总监李想作了题目为“MDP定向除杂技术在燃料电池用氢领域的应用”的演讲。以下为李想演讲全文：

各位领导、各位专家下午好！

今天下午就如何将工业氢转为燃料电池用氢作分享，佳安氢源用于燃料电池加氢的提纯，今天就是介绍MDP在燃料电池用氢领域的应用。

首先来看看燃料氢与工业氢的现状是怎样的。首先燃料氢我们在加氢站这边可以看到，它主要是由三个来源来提供的氢源，我们国家在最新的国家标准7月1号开始实施的GDP37—4428的里面，将燃料电池用氢专门提出了一个概念，叫燃料氢气，专门是指质自交换膜所用的燃料。目前氢气三个来源，一个是电解水制氢，刚才很多的专家探讨了很多，目前主要是在成本和占地上，可能是在大规模的推广应用上还需要一些特定的需求。重整制氢，包括天然气、甲醇、乙醇，从归口上来说它本身是化工设备，目前放在加氢站来制氢的话，在法规上并未放开。第三个就是特殊的工业氢，所谓的特殊工业氢王总做了介绍，东华做得非常成熟了，通过PSA用到燃料电池用氢上。

氢燃料氢有三个问题，一个是氢气的品质不够好，二是氢气成本高，还有氢源距离不够近，导致长距离的管线的运输都占到了氢气成本很大的一部分。

目前工业氢是怎样的现状呢？工业氢主要分为两个大的种类，一类是工业制氢，另外一类是伴生富氢。所谓工业制氢，包括天然气、煤、甲醇的重整。伴生富氢，是在工业流程里面会有一些氢气出来，这跟主流层的工艺没有任何的需求，是属于伴生出来的。这些氢气通过PSA就是变压吸附提纯以后制工业氢，工业氢普遍应用于冶金、化工还有发电上。目前国内是工业氢制造全球第一大国家，目前2018年的产量已经接近了2000万吨，产量非常大。第二个是成本非常低，王总也介绍了他们的氢气成本是比煤制的还要低，这部分的成本非常低，一方气5—6毛钱，分布非常广泛。分布广泛意味着什么？不同的氢源，很多的氢源不单是在西北地区，更多的氢源分布在人口集中区，京津冀、长三角珠三角，这样使得氢源集中在人口集中区。作为利用，绝大部分是通过PSA提纯到了3个9的水平，这部分的氢气跟我们的燃料电池的很多问题是相契合的。如何将工业氢气变成燃料氢呢？这两种氢气之间有怎样的区别，我们下面来看看。

这是我们的氢气标准，对比我们最新的37244—2018，市场上的氢气是参照3634—2—2011的标准，反应成纯氢、高纯氢和超纯氢。以燃料标准，可以看到对氢气的要求并不是很高，一个是杂质，还有硫量要求高。4个9的纯氢和高纯氢某些方面不能满足燃料电池，5个9的高含量的纯氢是0.2个，但是高纯氢是1个，超出了5倍。高纯氢并未提到硫化的含量，所以这是目前高纯氢的一个问题。6个9的超纯氢，提升的成本会比较高。所以我们得出一个结论，工业氢并不等于燃料电池用氢，两种氢气之间的燃料度是不一样，首先常见的一般工业氢的纯度是2个9到1个9，工业氢更关注的是氢气的纯度，燃料氢关注的是特定杂质的含量。右边氢气的纯度是91.97%，流的含量是4个PPB，二氧化碳是2个以下，两边的工业氢是接近2000万的容量，根据中气联的数据，2025年预估燃料电池用车5万辆，年用氢3万吨，2030年年耗轻量60万吨。刚才说东华一个小时四万标方，这足够2030年所有车的使用量。

今天我给大家介绍一个MDP（模块化定向除杂技术），这是我们在化工厂所做的实际案例，这个化工厂目前是有5万方每小时的氢气，它是外销掉一部分3万方，剩下来的是烧蒸汽，蒸汽烧不掉排大气当中。通过与我们的交流，我们可以通过与防静重整尾气纯度到了99.5%，一氧化碳是5个PPM，二氧化碳是200，CH4是100，C2+是50PPM，通过模块化定向除杂技术以后，得到的燃料氢目前纯度是4个9，一氧化碳是低于0.1个PPM，二氧化碳是低于1个PPM，指标都是完全满足国标的要求。看看下面的成本，（音）方放枪重整尾气（音）很多是排掉的，目前市场的销售是6.8元/公斤，通过纯化是0.8元/公斤，通过五年折旧、用电、用水，成本不到1块钱。从这样的渠道得到的燃料电池用氢价格是6.8元公斤，不到7块钱。通过吸附、催化、过滤、定向深度高效脱除杂质，我们做了8000个小时以上的验证，做这个验证之前我们做了燃料电池，之前有一个PSA，氢气纯度3个9，那块燃料电池用了不到两个星期，功率大幅下降报废了。加上了功能模块以后，超过了8000小时，上个星期看是1.1万小时，基本上中间无停止一直都在工作的。

我们还是回到刚才所说的化工厂的案例，在纯化的环境下，我们现在产量是500个标方就是一个小时，对应的是我们现在标准的加氢站，一天加氢站满载负荷的用量，一个立方的工业氢进去，得到的燃料用氢是0.99个立方，纯化成本是低到0.8元/公斤，占地面积不到两个平方，高度0.7这样子，这是专有纯化设备的尺寸。从技术上来说，为什么叫模块化？因为不同的氢源，包括丙烷脱氢，或者是煤制氢和焦炉脱氢，得到3个9的氢气，杂质的含量不一江，根据杂质的成分和含量不同，使用不同的模块。比如说硫提前脱掉，氧气和水通过另外的方法脱掉，通过催化剂的组成成分不一样，或者是排列顺序不一样，得到的燃料电池是符合相应的标准。模块化设计的背后，是有30多种的吸附剂，60余种吸附特性的研究，有上千种不同性能的吸附数据库，来做对比和优化，以及计算机的模拟，来得到MDP的技术，然后用于燃料电池氢化纯化的场景上。

我们的场景是在大型工业化PSA后得到两个9和三个9的纯工业氢，就像林德介绍的，他们都是3万、5万方的纯化量。作为现在燃料电池的市场情况，我们用氢量这么小，东华那么多的量怎样满足燃料用车，现在路深的车用得少，通过我们从主工业里面取足一小部分出来，满足燃料电池的用氢量，这样对化工企业的主流层用氢无影响，同时我们可以增效以及满足当地燃料电池用氢的用量。后端存放部分的优势，跟传统的变压吸附做对比，氢气的回收率比传统的PSA高15%以上，投资总金额、总成本比传统PSA低一半，运行成本要比PSA低40%，占地面积仅仅是传统的20%，体积紧凑。应用场景更广，传统的PSA在低于1个Mpa的氢气存放场景下比较困难的，那意味着什么？因为目前我们更多的是把现有的工业富产氢用于燃料电池场景上来看，更多的是在现有设备上做改造，如果能耗小、体积更小更能找到化工企业应用的场景。

模块化MDP技术对氢能源产业的影响，就是第一张PPT找到的，我们目前是用氢燃料电池的市场上的三个问题，一个是氢气品质不够高，我们通过模块化方式可以定向脱除不同氢气成分里面所谓含的杂质种类和含量，然后使它满足燃料氢的要求。左边的表是最先的7月1号马上执行的新国标3724的详细要求，上午有专家提到这个标准。它跟工业氢最大的区别就是对于某些特定杂质一氧化碳和硫要求特别严格，对于燃料电池不太敏感的氦气、氩气要求并不那么高。然后是氢气价格不够低，刚才王总讲到丙烷脱氢成本低，市场上调研完我们可以算出这样一个表，我们目前的工业富产氢，完全利用好可以满足燃料电池用氢的要求，我们的到站成本可以完全做到20块钱以下，如果我们的燃料电池汽车量上来，用氢量更大，储运成本大幅度下降的话，甚至可以做到低的。这对国家燃料电池用车的发展上来说是非常大的优势。第三个氢源距离不够近，使用了MDP模块化定向装置以后，我们就可以不用像以前一样一定找非常清洁的氢源，通过焦化厂、化工厂，哪个氢源离我们近，价格低，就选择加氢站加氢，这是大大扩展了原料氢的获取途径。

在山东的中国氢能展有一个客户说，他想在山东做氢能源产业，跟前五公里以外就有氢源，但是因为纯度问题无法使用，但是有了我们这个技术他可以选择更洁净氢源的来源。我们2000氢气的产量，是没有得到利用的，很大部分是烧蒸汽和锅炉，甚至很多的是排放在空气中，如果有了MDP技术以后，我们是变废为宝，零碳制氢，所以我们为什么以工业的方式用于绿色能源里面，我们现在是将大气中报废的氢气将它有效地利用在燃料氢上面，所以我们MDP技术为燃料行业解决了以上三个问题，让燃料氢安全、纯净、经济、多元。

大家可能会特别关注我们的技术，是引进日本还是欧洲的技术？很自豪地告诉大家，我们是自有技术，我们公司是清华大学和北大合资成立的，这之前，我们是北大先锋是北京大学的下属企业，已经是国内的气体分离和吸附行业很一流的企业，我们之前只是氢气的纯化部门，然后今年年初和清华大学合资，独自成立了公司。在研的新产品，主要是除了刚才的MDP成熟的技术以外，我们在研的是氢气的消纳，主要是两个应用场景，一个是加氢站，大家参加完加氢站以后，可惜知道，在枪和截断阀是有一部分的氢气，现在是通过大气置换，将大气和氢气混合然后排到空气中，里面是有氢气排除的。噪音是很大的问题，如果以后的氢产业要快速大规模发展的话，这样的噪音放在居民区和人口集中区是一个很大的问题。第二个是把氢气排在大气中，安全上也有一些隐患，所以是把减压、消音、和催化后变成水。第二个氢气消纳还有一个场景就是燃料电池汽车，我们在阳极循环里面，定期和不定期里面，排放尾气中的氢气变为水排放，提高安全性，目前敞开的环境中不是特别严重的问题，但是慢慢地有一些乘用车和封闭式停车的区域，比如说地下停车场，如果很多车聚集的话，这可能是很大的隐患，目前我们也是配合车企做研发，目前我们所做的样品就是和矿泉水瓶一样的，加在汽车尾气排放的通道上，通过催化把里面的氢气和一氧化碳催化成水安全排放在大气中。