“氨—氢” 转换， 解决氢气储运难题

    12月8日，我国首座商业化分布式氨制氢加氢一体站——广西石油南宁振兴加能站建成并成功试投产。该站采用中国石化自主研发的分布式氨制氢成套技术，日产500公斤99.999%高纯度氢气，制氢规模为同类型最大，可满足40多辆氢燃料车日用氢需求，标志着中国石化已掌握分布式电解水制氢、天然气制氢、甲醇制氢和氨制氢全套站内制氢技术。当日，由中国石化牵头的广西氢能产业联盟揭牌，将依托该站打造广西氢能培训示范基地，推动广西氢能“建链、补链、强链、延链”。
    12月8日，我国首座商业化分布式氨制氢加氢一体站——广西石油南宁振兴加能站建成并成功试投产。该站位于南宁市三石路和平云大道交界处，距离热闹的南宁火车东站4.8公里。
    制氢装置占地面积约80平方米，采用“制、储、加、运”一体化全产业链模式。液态氨到站卸入储氨罐，送至制氢橇后，通过自主研发的氨分解氢气纯化一体化工艺，分解出氢气和氮气，再经过压缩和分离提纯，氢气从制氢橇产出，通过管束车运送到周边场站或直接加入车内。
    “产氢能力240标准立方米/小时，日产500公斤99.999%高纯度氢气，制氢规模为同类型最大，可满足40多辆氢燃料车日用氢需求，相较过去，氢气成本降幅达60%。”广西石油分公司代表、党委书记李力波说。
    广西石油南宁振兴加能站是中国石化站内制氢的又一次成功探索，意味着中国石化已涵盖了分布式电解水制氢、天然气制氢、甲醇制氢和氨制氢所有分布式制氢主流路线，其示范意义和推广价值引发业内人士关注。
发展分布式氨制氢有良好基础
    氢能作为清洁、高效、可再生能源，是我国能源体系的重要组成部分，是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。预计到2060年，我国氢气年需求量将达1.3亿吨，在终端能源消费中占比20%。
    氢能产业链的三大部分包括制氢、储运和氢能利用。由于氢气易燃、易爆且在常温常压条件下体积能量密度低，氢能产业链面临储运成本高、本质安全性低两大痛点。
    当前，我国加氢站用氢气主要靠长管拖车运输，整体运输效率低、成本高。
    氨是一种高效储氢介质，具有储运容易、成本低等优势。氨分解制氢是制氢的一种技术路线，即通过催化剂将氨分解为氮气和氢气，氢气经提纯后满足相关用能需求。氨分解制氢过程不排放二氧化碳，更绿色环保。
    作为全球第二大化学品，氨来源广泛。我国是世界上最大的合成氨生产国和消费国，合成氨产业遍布全国，发展分布式氨制氢具有良好基础。
    在“双碳”背景下，我国积极探讨氨作为氢气载体的可行性及产业前景。2022年3月，国家发展改革委和国家能源局发布《“十四五”新型储能发展实施方案》，首次将氨作为重要储氢载体列入重点攻关方向，明确提出开展“氨氢储能”示范。同年，国家重点研发计划“氢能专项”将“分布式高效低温氨分解制氢技术开发与加氢灌装母站集成示范”列入其中。
    截至2022年底，中国石化已建成加氢站98座，成为全球拥有、运营加氢站数量最多的企业，规划到2025年建成更大的加氢站网络，分布式制氢技术将实现新发展。
    广西石油南宁振兴加能站是中国石化2023年氢能重点项目，也是中国石化在氢能领域首个集科技研发、工艺设计、装备制造、生产运营于一体的合作项目。
    制氢部分，石科院以全流程系统集成为核心，自主开发低温高效氨分解催化剂及氨分解—氨脱除—氢气纯化一体化工艺，氢气回收率在96%以上。
    加氢部分，石化机械独立生产核心加氢设备与系统，首次为制氢加氢站配备国产22兆帕液驱隔膜式压缩机。制氢设备采用单元模块化、橇装化、灵活接口等设计，具有实时数据采集、远程监控、应急状态自动报警等功能，装置能耗低、氨消耗少，具有对氢燃料车加氢、长管拖车充装双重功能，装置自动化、智能化水平达到国内领先。现场可实现快速安装、投运，便于复制推广。
    三方联手研究开发分布式站内制氢技术路线，成功解决了制氢橇、卸氨泵设备不适配现场等难题，补足了中国石化在分布式氨分解站内制氢领域核心技术和自有专利的短板，为中国石化氢能发展一体化和全产业链优势合作作出了示范，推动了清洁化、低碳化、多元化低成本制氢体系构建。
氨分解制氢，大幅降低用氢成本
    在广西南宁打造全国首座商业化氨分解制氢加氢一体站，与广西独特的区位优势有关。广西是西部陆海新通道重要枢纽，拥有丰富的风、光、水等可再生能源。
    广西石油作为当地最大的车用氢能供应商，率先在南宁、柳州、梧州、北海等地建成加氢站6座，牵头推动广西多元化氢能商业场景打造。
    南宁市是广西氢能交通领域发展最早、运营车辆最多的主要城市，目前在营加氢站1座。然而，由于广西高纯氢气生产企业少，加氢站氢气均采购于外地，氢气保供与价格问题愈加凸显。
    针对氨分解制氢在氢能领域的特殊应用场景，中国石化集成在催化剂研发和工艺工程方面的优势，用具有完全自主知识产权的分布式氨分解制氢成套技术消除氢能储运瓶颈。
    广西石油南宁振兴加能站投用后可满足40多辆氢燃料车日用氢需求。未来，随着氨制氢产能提升，可有效覆盖南宁、柳州、北海等地加氢站，满足客户需求。
    “制氢装置橇装化、智能化，减少了制氢站土地使用面积、投资，缩短了建设周期，降低了氢源成本，具有较强市场竞争力和广阔应用前景。”广西石油副总经理莫淑新说。 
    氨分子自身的独特性质使其成为分布式制氢技术的优选之一。以氨作为储氢媒介更利于大规模、远距离储运，具有较强经济性和技术可行性。
    日本能源经济研究所的调查结果表明，来自沙特、中国、美国的氨进口成本都能满足氢燃料电池战略目标经济成本。
    汇丰银行预测，氨很可能成为未来氢气大规模运输的重要载体。美国、日本、澳大利亚等国均已积极布局“氨经济”，并将其纳入政府能源战略。从当前多国的布局来看，“氨—氢”运输在大型氢能项目领域具有绝对优势。
    发展氨为储氢介质，贯通可再生能源、氢能和传统产业，让绿氢走出车用领域，走入传统石化、电力、钢铁等行业，开发出一条符合我国能源结构特点的“清洁高效氨合成—安全低成本储运氨—无碳高效氨氢利用”的全链条“氨—氢”绿色碳循环经济路线，对保障国家能源安全和社会经济可持续发展具有重要意义。
    近几年，我国虽然对“氨—氢”模式研究热度不减，但“氨—氢”路线应用还相对较少，最终能否成为工业主流路线，仍需考虑资源禀赋，并经过实践和市场检验。
    石科院研究室副主任徐润认为，开发“氨—氢”绿色碳循环经济路线，实现大规模“氨—氢”转换，关键在于开发低温高效氨分解催化剂，降低氨分解制氢能耗并提高安全性。

分布式站内制氢的路径
甲醇制氢
    甲醇制氢是以甲醇和水为原料，在催化剂作用下生成氢气和二氧化碳，再经过氢气纯化得到高纯氢。分布式甲醇制氢反应条件温和，能效优势显著。我国是全球最大的甲醇生产国，拥有全球甲醇产能的60%，甲醇来源丰富、成本低廉，且常温常压下是液体，便于储存和运输，可作为高效、稳定的绿色储氢载体，用于可再生能源的稳定输送。
天然气制氢
    天然气制氢是以天然气和水为原料，在催化剂作用下通过甲烷水蒸气重整等反应生成氢气和二氧化碳，再经过氢气纯化得到高纯氢。通过广布的管网供应天然气，分布式天然气制氢原料获取便利，成本优势显著。
电解水制氢
    电解水制氢是在直流电作用下，水在电解槽中被解离成氧气和氢气的过程。绿电供能的分布式电解水制氢，可提供清洁的可再生氢气，电耗成本占电解水制氢成本的75％~85％。质子交换膜电解水制氢作为新型商业化制氢技术，与碱性电解水制氢相比，能耗更低、设备结构更紧凑、启停灵活，但投资较高。
氨分解制氢
    氨制氢是以液氨为原料，在催化剂作用下生成氢气和氮气，再经过氢气纯化得到高纯氢。分布式氨分解制氢具有用户终端无碳排放的优势。可再生氢气与氮气的结合可使氨成为零碳排放的氢能载体，且制氢能耗仅为电解水制氢能耗的1/3，被视作解决氢能运输存储难题的新路径。