助力绿色冬奥工业:废气“吸”进来,清洁能源“呼”出去
在即将召开的2022年北京冬奥会上,将有2000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,竟然是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。
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。
“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。”西南化工研究设计院有限公司(以下简称西南化工)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
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。
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1996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、变换气脱除二氧化碳、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,2013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;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1638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2200标准立方米/小时,该装置于2020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。
以低能耗将废气“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100千克标准油/吨,传统热裂解乙烯和丙烯的能耗约为360千克标准油/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103万吨,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价值利用。
(选自12月14日《科技日报》,作者:陈科。文章有删改)
| A.PSA就是通过压力变化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实现奋力和净化,是重要的气体分离领域的共性技术。 |
| B.文中加点的“可能”一词,表明氢气中的杂质含量不一定会高于氢燃料电池标准的规定值,这是因为不同用途氢气的质量指标差别大。 |
| C.我国拥有世界上最大的规模的PSA提纯氢气装置,解决了大规模、高压力、多杂质气源的氢气吸附分离提纯技术难题,使我国PSA提纯氢气装备技术达到国际领先水平。 |
| D.在说明PSA技术也是一项节能降耗技术时,作者列举了回收乙烯和丙烯时PSA技术和传统热裂技术的不同,运用了两种说明方法。 |
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