2023年全球电解水制氢项目建设的主要推动者为各国各领域企业、地方。其中,各国能源、化工及交通领域的企业是直接推动方,主要基于自身传统业务的绿色转型展开。如中国中石化新疆库车绿氢项目,制取绿氢用于中石化旗下的塔河炼化替代传统天然气制氢;国际航运马士基推动的丹麦Aabenraa港口绿氢制甲醇项目,为马士基旗下的甲醇船舶提供零碳甲醇燃料。其次,各国的财政支持也是电解水制氢项目推进的重要因素,典型的如瑞典钢铁企业Ovako建成的绿氢替代传统燃料冶金项目,绿氢产能约3千吨/年,其中瑞典能源署提供了30%以上的建设资金。“随着全球绿氢认证的不断推进,可再生能源电力制氢的应用规模和范围将逐步增加。呼和浩特小型电解水制氢技术
三种制氢路线:“成本”短期制约,“可持续”长期。氢气制备方式主要包括化石燃料制氢、工业副产氢和电解水制氢三类。其中电解水制氢是利用水的电解反应制备氢气的技术,可再生电力制氢称为“绿氢”,是零碳排、可持续的“路线”,但目前成本仍是制约其普及的瓶颈因素,其规模化应用需要产业链各环节推动降本。影响单位制氢成本的主要因素包括电价、单位电耗、设备单价、运行寿命等因素。随着后续风光发电LCOE下降、电解槽量产降本、效率提升和寿命增加,电解水制氢成本有望逐步接近工业副产氢甚至煤制氢,实现经济性。电解水制氢设备产量郑州水电解制氢的效率取决于所需的电压和实际消耗的电能。
电解质一般为30%质量浓度的KOH溶液或者26%质量浓度的NaOH溶液。碱性电解水制氢系统主要包括碱性电解槽主体和辅助系统(BOP)。碱性电解槽主体由端压板、密封垫、极板、电板、隔膜等零部件组装而成,电解槽包括数十甚至上百个电解小室,由螺杆和端板把这些电解小室压在一起形成圆柱状或正方形,每个电解小室以相邻的2个极板为分界,包括正负双极板、阳极电极、隔膜、密封垫圈、阴极电极6个部分。碱性电解槽主要成本构成为:电解电堆组件45%和系统辅机55%;电解槽成本中55%是膜片及膜组件。
甲醇与水在一定的温度和压力下,通过催化剂的作用,发生催化裂解反应和一氧化碳变换反应,终产生氢气与二氧化碳的混合气体。这个反应系统相当复杂,涉及多个组分和反应。主要反应包括甲醇的加水裂解,生成一氧化碳和氢气,以及一氧化碳与水反应生成二氧化碳和氢气。经过换热、冷凝和分离后,可以得到氢含量约为74%、二氧化碳含量约为5%以及一氧化碳含量约为5%的转化气。甲醇的单程转化率高达95%以上,未反应的原料则循环使用。随后,转化气通过变压吸附装置进行分离提纯,从而获得高纯度的氢气。PSA变压吸附工艺是氢气分离的重要方法。它利用气体组份在吸附床中的吸附特性差异,实现氢气的分离提纯。在固定吸附床中,通过充填吸附剂,含氢混合气体在特定压力下进入吸附床。由于不同组份的吸附特性不同,它们会在吸附床的不同位置形成吸附富集区。强吸附组份(如二氧化碳)会富集在吸附床的入口端,而弱吸附组份(如氢气)则会富集在出口端。通过这种方式,可以实现氢气的有效分离提纯。PSA变压吸附技术能够制取出纯度高达99%~999%的氢气。水电解制氢有不同的类型,主要根据使用的电解质和传导的离子种类来区分。
从常远的角度来看,通过电解水制取的绿色氢气是未来发展的主旋律,光伏产生的富余绿色电力用来电解水,制备成氢气,并存储起来。这种模式是目前人类为理想的绿色能源组合方式。我国发展光伏和氢能源,可以有效降低温室气体的排放,是碳中和和碳达峰的宏伟目标的重要举措。同时,由于氢能源的存储和运输可以跨越时间和地点,当未来十几年后,我国的能源安全就能得到更好的保障。电解水制取氢气的过程中没有温室气体的排放,属于绿氢,是比较符合人类环保要求的一种氢气制取方式。电解水制氢主要有四种技术路线:碱性电解水制氢(ALK)、质子交换膜电解水制氢(PEM)、固体氧化物电解水制氢(SOEC)、阴离子交换膜电解水制氢(AEM)。在电解水制氢的反应过程中,需要输入一定的能量,电解质就必不可少了。呼和浩特小型电解水制氢技术
目前,电解水制氢技术已经得到了广泛应用,并且随着技术的不断发展。呼和浩特小型电解水制氢技术
目前,氢气的制取有三种较为成熟的技术路线:1、以煤炭、天然气为的化石原料制氢,该技术路线的成本较低、技术成熟,但存在大量温室气体的排放,企业有:中国石化、中国石油等;2、以焦炉煤气、氯碱尾气为的工业副产制氢,该技术路线成本较低,但存在受到原料供应和地点的限制,企业有:美锦能源、镇洋发展等;3、以碱性电解槽和质子交换膜电解槽为的电解水制氢,该技术路线成本较高,制氢成本受限于电价,企业有:隆基绿能、阳光电源、宝丰能源等。呼和浩特小型电解水制氢技术