加氢母站的局域网和朋友圈
加氢母站的局域网和朋友圈加氢母站的工作人员正在例行巡检各项运行参数。在济南市莱芜区泰山钢铁集团的厂区外,有一座加氢站,是全国第一座钢铁行业副产氢纯化管道供氢加氢母站。它&ldquo
加氢母站的工作人员正在例行巡检各项运行参数。
在济南市莱芜区泰山钢铁集团的厂区外,有一座加氢站,是全国第一座钢铁行业副产氢纯化管道供氢加氢母站。它“吸”进炼焦副产煤气,“呼”出纯度高达99.999%的燃料氢,成为全省氢能利用样板项目。目前,这家民营钢企正与科研机构合作,准备用城市固废制取成本更低的氢能源,“以氢代煤”炼钢,运输逐步用氢能汽车,开展氢能示范应用。
我省“十强产业”行动计划提出,要推进新能源产业体系建设,加强关键技术攻关突破。按照问题导向、需求导向原则,聚焦氢能、储能等重点领域,引导和支持优势企业单位加强关键领域和薄弱环节技术攻关。记者以泰山钢铁集团为样本,进行了蹲点调查。
“与氢共舞”15年
在加氢站的西南角,管道延伸到钢厂内部。这个全流程炼钢企业每小时都会产生5万立方米的炼焦副产煤气,俗称焦炉煤气。“里面氢的含量在52%左右,还有一氧化碳、甲烷等其他成分。”加氢站站长李学震一边巡检一边介绍,这些粗细不一的管道和高高低低的罐体,是与加油站、加气站最大的区别,这套复杂的设备是工业废气变成清洁能源的关键一环。
事实上,这家钢企制备氢气的历史已有15年,之前是在轧钢过程中作为退火保护气来用。“退火就是降温硬化,来改善产品的组织,通常就是用氢气。”泰山钢铁集团技术研发中心副主任任来锁长期与氢气打交道,最初,他们用液氨分解制氢,这种危化品气味刺鼻,一旦泄漏危害极大。2007年,泰山钢铁进行产业升级,引进了国外的先进装备,这条新式冷轧生产线,需要纯度在99.99%以上的氢气作为退火保护气。
“我们当时决定放弃液氨制氢的老路,从焦炉煤气里提取氢气。”任来锁说,他们投资上马了省内第一个制氢站,将炼焦副产煤气通过变压、吸附,产出氢气,每小时产量可达1500立方米。而此前这些工业废气大多一烧了之,最多用来发电。实现资源化利用后,替代了高风险、高成本的液氨分解制氢,也降低了碳排放。这个制氢站稳定运行至今,积累了大量氢气制备、使用、维护等相关经验和技术。
构建氢能供给“局域网”
近两年,氢作为新能源异军突起,山东在国内率先出台省级层面的氢能产业中长期发展规划,并在2021年联合科技部实施“氢进万家”科技示范工程。“与氢共舞”十多年的泰山钢铁,深知新技术、新能源的价值。“从大趋势来说,氢能是重要方向。我们有得天独厚的优势,努力创造氢气的使用场景,像厂内物料转运、原料和产品运输等,率先作一些实验和尝试。”泰钢集团党委书记、董事长王永胜认为,氢能的春天来了,泰钢有经验、有资源、有技术,经过多次论证,决定再一次“吃螃蟹”。在工业制氢的基础上,投资近6000万元建设加氢母站,采用“前站后厂”的模式,进一步延伸氢气产业链,提高工业废气的附加值。从源头破解氢能产业的发展瓶颈,面向周边城市构建氢能供给“局域网”。
“虽然都是氢气,但工业氢气和车用氢气完全不是一个概念。”任来锁介绍,按照2011年的国家标准,工业氢气只是分为纯氢、高纯氢和超纯氢,对总烃、总硫、甲醛、甲酸、氨、总卤化物、颗粒物浓度等都没有规定。用于轧钢时,这并无大碍。但用于汽车,这些“杂质”会直接导致质子交换膜燃料电池“中毒”,成为“致命杀手”。因此,2018年的车用氢气标准,对水分、氧、氮等15项指标进行了具体规范,2021年增加到16项。
在泰钢加氢母站的腹地,成群的罐体通过粗细不等的管道连接。“这是纯化吸附塔,每个塔内的填充料都不同,滤除不同的元素。”任来锁解释,纯化原理和净水器类似,靠十几种“滤芯”把氢气里面的各种“杂质”过滤掉。
“我们采用两级纯化,一级纯化筛掉氮、甲烷、颗粒物等成分;二级纯化进一步对燃料电池敏感的元素成分精准脱杂,确保十多项指标都符合国家标准。”任来锁表示,从气体中剔除十几种杂质,难度很大,因此采用了两级纯化的工艺“双保险”。但更难的是检测,具体的含量参数控制在国家标准以内,就好比一个人站在大型地磅上称体重。
在输氢管道上,分出一根细小的取样管,工作人员打开阀门,氢气就流入取样容器内,然后在实验室进行检测,能够实时在线获得车用氢气的各项指标。这样一个检测实验室耗资数百万元。作为密度最小的气体,每千克氢气的体积为11.2m³,必须压缩才能方便储存。在进入加氢机之前两级加压,在35兆帕高压下,氢气的体积缩小到原来1/343。除了直接为汽车加氢,还可以通过长管拖车输送到周边的加氢站。
下游企业纷至沓来
加氢母站投产时,中国重汽等三家车企向泰山钢铁提供了10辆氢能源重卡,进行试运营,验证相关数据。以中国重汽的C7H重卡为例,6个氢瓶8分钟注满,续航可达420公里。“按照目前的政府指导价每千克35元,氢燃料成本和柴油基本持平。”任来锁说,但氢能源汽车的购置成本太高,大约是纯电动重卡的2倍、柴油重卡的4倍。“纯算经济账,目前还是没账算。”
这个加氢母站建成之后,产业链下游企业纷至沓来。“找上门的不下十家单位,包括LNG运输企业、新能源车企等。”任来锁表示,目前一天可供应车用氢气2吨,满足100多辆车的加氢需求,年产能为750吨。根据市场需求,后期可提高到2万吨。
王永胜介绍,为低成本、规模化供氢,目前正与浙江中科应用技术研究院合作,用城市有机固废制备氢气,每年能“吃进”10万吨垃圾,“吐出”2亿立方米氢气,成本降到20元/公斤左右。同时,与中国钢研集团联合成立氢能研究院,建设30万吨氢冶金项目,研究“以氢代煤”炼钢铁,在提升冶炼效率的同时,大幅降低能源消耗和碳排放。依托加氢母站,还将陆续投运氢能源汽车,开展氢能重卡示范应用,探索大宗物品清洁、绿色运输的新路径。