霍尼韦尔周麓波：工业副产氢提纯要用PSA、变压吸附等技术做到经济核算

工业副产氢提纯氢气时，单独的BSA很难达到超低浓度，所以要用PSA，变压吸附加上不可再生的保护床的概念来做到经济核算。我能够通过减少周期时间来减少变压吸附的设计，如果要做到这一点，我们要综合考虑吸附、解析等整个过程，其中阀门是关键。PSA加保护床设计，我们要通过设计吸附出口浓度，使得整个综合设计更加优化。

——霍尼韦尔科技事业部特性材料与技术研发中心首席技术官周麓波

2020年10月27日-28日，PGO绿色能源生态合作组织与长三角氢能产业技术联盟联合举办的第三届亚洲氢能与燃料电池技术应用展览会暨论坛将在杭州召开，北极星电力网全程直播。

霍尼韦尔科技事业部特性材料与技术研发中心首席技术官周麓波围绕用什么方法最优化设置装置提供氢气作主题演讲。

以下为发言实录：

我现在讲的是燃料电池的氢气，在提供氢气的情况下，我用什么方法去最优的设置装置提供氢气，这是我要讲的。

霍尼韦尔是一个财富一百强的公司，刚刚也变成了道琼斯指数三十家美国公司之一，主要有四大集团。其中有航空航天，是最大的一个集团，我们中国的919飞机，我们航空航天集团是所有外国公司里面，拿到最多项目的公司，帮助中国919试飞最多的一家公司。还有智能建筑科技集团、特性材料和技术集团和安全与生产力解决方案集团。我们的航空航天集团刚刚购买了巴拉德底下氢能无人机的事业部，所以我们也正式进入氢能了。我今天讲的不是这个集团，是讲的特性材料集团里面纯化氢气的一个解决方案。

这个公司是霍尼韦尔的一家子公司，叫UOP公司，在氢气纯化，我们在全球36项炼油技术里面，有31项是我们公司发明的。

如果能够提高效率，这就是一个绿色的过程

什么是能源氢气？我今天试着回答这个问题。什么叫绿色的能源？绿色的能源从自然界来的能源，不产生多的污染，这是绿色能源。但还有一个办法，是不是绿色可以讨论，但至少从我的观点来讲，如果能够提高效率，这就是一个绿色的过程。

我们今天讲的能源氢，实际上要讲一个什么样的概念？就是用氢气通过燃料电池来发电产生能量。因为氢能可以通过燃烧产生能量，如果去做内燃机，它一定会受到卡鲁循环的限制，就限制了你的效率。如果通过一个燃料电池来做氢气，把氢气燃烧的LHV，这个能量怎么能够更加有效的把电子拆开应用，那我的效率可以大大提高，从这样一个角度来讲是绿色的，因为我提高了它的效率。这样的话，也就减少了氢气的应用，所以从这个观点来讲，也是一个绿色的概念。

所以为什么我们要做能源氢？就是一个效率的问题，为什么有效率的问题？内燃机无论如何都不能违背卡鲁循环的限制。

那什么样的氢气可以作为能源氢？我们制定了很多标准，我现在不看别的标准，看对氢气的标准，如果要把能源的氢气放到燃料电池里去，它要符合什么样的标准才能达到能源氢的标准？我说这个就是能源氢。能源氢就是符合一个能源燃料电池要求的标准氢气。还有一个概念，能源氢不讲的是氢气的纯度，不能讲氢气的纯度99.99%，但没有用，其实要讲的是里面固定的杂质，关键的杂质在这里面的含量是多少，这才是能源氢要讲的。

目前约55度电才能生产1公斤氢

那么氢气从哪里来？我们怎么做到这个能源氢？很多人搞不清楚，为什么要制定这样一个标准？制定这个标准是有原因的。能源氢的标准，有很多的杂质，有一些杂质实际上是一个惰性成分，比如说氦气、氮气这样的成分，是一个惰性的成分。那有什么坏处？惰性组份进去多了，氢气的效率就变低了。但像二氧化硫，是一个寿命的问题，会使质子膜变坏。我们公司UOP公司是全球第一家把铂金属进入催化剂的公司，所以现代化工的很多加氢、脱氢的反映是我们公司发明的铂金属催化剂，我们也希望在中国能源氢的标准方面，通过我们对铂金属催化剂的理解，我们可以做一些贡献。

那么这些杂质的从哪里来的？那么首先氢气从哪里来的？因为你考虑的是绿色是全生命周期的绿色，从源头来讲，氢气是二次能源，你不能说氢气就是绿色能源，要看氢气是从哪里来的。如果氢气是煤气化制氢，那煤仍然是化石能源，很多氢气大量的生产，无非是煤气化、水电解等等。说水电解是绿色的，也不对，因为电本来就是二次能源，水电解的话，把氢变成三次能源了。

我相信随着整个技术进步，今后电都是从可再生能源来的，再用电解水制氢，就是一个绿色能源。

现在的情况下，我们大概要好好55度电才能生产1公斤氢。所有的再生能源，一般情况是在偏远以后，那偏远地区的氢能怎么送到北京、杭州、上海这样的地方，有很大的运输问题，如果把运输算进去，运输又要耗汽油，就变成一个不绿色的东西了。

那么在目前的情况下，因为我们的规模很小，氢能燃料电池规模很小，真正能够帮助你的最有效的一个氢气，我认为是工业副产氢。

工业副产氢很多的来源都在这里，这里就回答了我为什么要去纯化，因为工业副产氢里面含有这些杂质的。所以要优化设计这个，就是因为在目前的情况下，最经济，最有效率的是工业副产氢的回收，那就需要脱除杂质。

工业副产氢提纯时，减少变压吸附的设计，要综合考虑吸附、解析等整个过程，其中阀门是关键。

我们要从工业副产氢里面回收氢气，做到能源氢，要提纯氢气，让氢气达到99.7%的浓度。第二条，要脱出氢气中的微量组份，比如硫、CO等使这些组分在氢气中达到标准。我们提出的方法是把变压吸附和不可再生的吸附相结合的解决方案，真正做到低于4个PBV的硫能源标准。怎么把这个装置做得更好更便宜，那就是一个优化的过程，优化的过程，有两个要考虑，能不能把变压吸附做得很小？第二个，能不能把这两个之间的平衡点找到，使得前面既小后面也不是很大，这样的话，考虑整个系统，这就是所谓的优化设计。

讲到变压吸附，最重要的是周期，如果从简单的吸附PSA的变压吸附的设计来讲，变压吸附的尺寸U×L，跟你的周期成正比的，如果你的周期越短，你的尺寸越小，如果你要把周期设计得很短，你的再生就要变得很短，阀门开合就要非常快，这样的话，就不一定能够做得下来。我们提出的快捷的办法，利用更加先进的阀门，不是像现在的阀门开合的，是一个可以旋转的阀门。我可以大大的缩减周期时间，这个周期的话，如果缩短十倍的周期，我跟现在的PSA设计是十倍的尺寸，我可以降低10倍的尺寸，这样的话，把整个PSA的系统大大降低了，也就降低了你的投资成本。这是第一个设计方法，怎么快速提高PSA变压吸附的周期。

第二个，为什么我们UOP可以做这样的事情，我们从工业的经验总结出来开发的新技术，我们在全世界范围内有超过1100套的变压吸附装置，在中国以外市场，我们占整个市场的70%以上。

其实大家都知道，在吸附和变压吸附里面是一个平衡，如果要把一个杂质做到非常非常低，也就是说你的吸附剂的再生要做得非常衬底，什么意思？如果我说吸附剂最后残余的浓度相对高一点点的时候，我是一个周期的解析时间，如果要真正做非常非常低涡时候，整个尾巴是非常长的。吸附和解析的时间决定了变压吸附的周期，如果把解析的时间搞得这么长，整个周期就变长了，整个变压吸附就变得很大了。

我们其实提供多种不同的不可再生的吸附剂，把硫脱除到非常非常低的浓度。根据不同情况来设计保护床的概念。所以我今天跟大家讲的就是说，如果我们要用工业副产氢，我们就要提纯，我们的技术可以帮助你把装置做小，把经济效益做出来。

所以能源氢气最重要的不是氢气的纯度，而是氢气里面的特定杂质的含量，这是一个非常重要的概念，有的杂质是非常非常低的。工业副产氢是目前相对来说是比较好的来源，因为我们的燃料电池汽车规模没有上去，大规模生产氢气是不大可能的，因为现在整个地区也就是每天一吨氢，两吨氢，最多十吨氢的装置，对于工业生产来说是非常小的。

单独的BSA很难达到超低浓度，所以要用PSA，变压吸附加上不可再生的保护床的概念来做到经济核算。我能够通过减少周期时间来减少变压吸附的设计，如果要做到这一点，我们要综合考虑吸附、解析等整个过程，其中阀门是关键。PSA加保护床设计，我们要通过设计吸附出口浓度，使得整个综合设计更加优化。

谢谢大家。

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