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技术前沿
干货分享：关于加氢设备技术问与答（值得收藏）
加氢技术包括加氢裂化和加氢精制。加氢裂化使重质化的原油裂化为轻质油（汽油、柴油、煤油及制烯烃的原料等）。加氢精制通过将油品中的硫、氧、氮等有害杂质转化为硫化氢、水、氨而将其除去。通过加氢技术，我们将劣质化、重质化的原油，转化成优质化、轻质化的油品。由于加氢要在高温高压临氢的苛刻环境下进行，且有的进料物流中还含有硫化氢、氨等腐蚀性介质，设备是非常容易损伤的。今天为大家具体讲讲加氢设备的损伤有哪些，损伤机理，影响因素，防范措施......为此，氢云链整理了一篇关于关于加氢设备技术问与答，欢迎大家收藏。1、离心泵的工作原理离心泵在启动前，泵内先灌满液体。工作时，泵叶轮中的液体跟着叶轮旋转，产生离心力，在此离心力作用下液体自叶轮飞出。液体经过泵的压液室、扩压管，从泵的排液口流到泵外管路中。与此同时，由于叶轮内液体被抛出，在叶轮中间的吸液口处造成低压，因此吸液池中的液体，在液面上大气压的作用下，经吸液管及泵的吸液室而进入叶轮中。这样，叶轮在旋转过程中，一面不断的吸入液体，一面又不断的给吸入的液体以一定的能量，将它抛到压液室，并经扩压管而流出泵外。2、离心泵的参数离心泵的参数定义如下：额定流量：泵在最佳工作效率下单位时间内泵抽送液体的数量，即泵铭牌上所标注的数量，以Q表示。额定扬程：在最佳效率时，单位质量液体通过泵时所增加的能量，以H表示，单位为米。效 率：液体通过泵所得到的能量与驱动机传给泵的能量的比值，以Ef或η表示。功 率：驱动机给泵的能量，统称为轴功率。流体通过泵实际获得的功率。净正吸入压头：为保证泵不发生汽蚀，在泵内叶轮入口处，单位质量液体所必需具有的超过汽化压力后所富余的能量。以NPSH表示，单位为m，其中又分为NPSHr（必需的净正吸入压头，与泵有关）及NPSHa（与吸入管路有关，与泵无关）。3、单级离心泵的组成主要有叶轮、轴、吸液室、泵体、泵盖、压出室、轴套、耐磨环、轴承联轴器等组成。4、离心泵轴向力的平衡装置有哪些？平衡孔、平衡管、叶轮对称排列、平衡盘5、离心泵的汽蚀原理、危害原理：液体在泵叶轮中流动时，由于叶片的形状和液流在其中突然改变方向等流动特点，决定了流道中液流的压力分布，在叶片入口附近的非工作面上存在着某些局部低压区。当处于低压区的液流压力降低到对应液体温度的饱和蒸气压时，液体便开始汽化而形成汽泡；汽泡随液流在流道中流动到压力较高之处又瞬时凝失（溃灭），在气泡凝失的瞬间，气泡周围的液体迅速冲入气泡凝失形成的空穴，并伴有局部的高温、高压水击现象。危害：（1）泵的性能突然下降；（2）泵产生振动及噪音；（3）泵的过流部分产生破坏。6、离心泵的比例规律及比转数对于同一台泵：Q1/Q2= n1/n2 H1/H2＝(n1/n2) N1/N2＝(n1/n2)我国比转数为：ns=3.65n（Q）1/2÷（H）3／47、离心泵的切割定律是什么？在叶轮切削量较小情况下，切削定律如下：（1）对于中低比转数泵：Q1/Q2=（D1/D2） H1/H2＝（D1/D2） N1/N2＝（D1/D2）（2）对于高比转数泵：Q1/Q2=D1/D2 H1/H2＝（D1/D2）2 N1/N2＝（D1/D2）38、简述机械密封的定义有至少一对垂直于旋转轴线的端面在液体压力和补偿机构的弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下，保持贴合并相对滑动而构成的防止液体泄漏的装置。9、机械密封的基本结成（1）动环、静环组成的摩擦副；（2）有弹性元件为主组成的缓冲补偿机构；（3）辅助密封圈；（4）使动环随轴转动的传动机构。10、机械密封的几种常用冲洗方式自冲洗、循环冲洗、注入式冲洗。11、带液封罐串级密封与双端面密封泄漏的判断方法串级密封泄漏判断方法：（1）液封罐液面上升，液封罐压力上升，且机械密封无外泄漏，串级密封一级密封泄漏；（2）串级密封外泄漏，串级密封二级密封泄漏；双端面密封泄漏：（1）液封罐液面下降，且机械密封无外泄漏，双端面密封一级密封泄漏；（2）双端面密封外泄漏，双端面密封二级密封泄漏；12、机械密封冲洗的目的密封、冷却、冲洗和润滑。13、设备润滑“五定”是什么？定时、定点、定质、定量、定人。14、“三级过滤”是什么？（1）从领油大桶到贮油桶；（2）从岗位贮油桶到加油壶；（3）从加油壶到加油点。15、泵的防冻凝要点(1)保持冷却水系统畅通；(2)开泵入口、预热阀，流量以介质不冻凝、轴不倒转为原则；(3）有保温的设备，其保温层必须保持完整无缺。16、泵的盘车标准(1)每天盘车一次；(2)每次盘车180°；(3）盘车标志为单白红双。17、泵类密封泄漏标准是多少？(1）填料密封 重油泵 不大于10滴／分钟 轻油泵 不大于20滴／分钟(2）机械密封 重油泵 不大于 5滴／分钟 轻油泵 不大于10滴／分钟18、离心泵类常用润滑油脂有哪些？润滑油：N46和N68液压油、透平油润滑脂：2＃和3＃极压复合锂基润滑脂。19、非变频泵向变频泵的切换方法？(1）改非变频泵出口调节阀为手动控制，缓慢关出口阀，同时在保证泵出口流量不变前提下，缓慢开出口调节阀开度直至调节阀开度至100％；(2)按离心泵起动方法，在变频输出为100％情况下启动变频泵；(3）缓慢开变频泵出口阀，在保证泵出口流量不变前提下，缓慢关非变频泵出口阀直至非变频泵出口阀全关，停非变频泵；(4）缓慢开变频泵出口阀，在保证泵出口流量不变前提下，缓慢关小变频输出直至变频泵出口阀全开，改变频输出为自动；(5）做好非变频泵防冻凝工作。20、正常使用和维护设备要做到 “三会”、“四个做到”的内容是什么？三会：会使用、会维护保养、会排除故障。四做到：沟见底、轴见光、设备见本色、门窗玻璃净。21、一般离心泵的温度指标是多少？电机轴承、机身温度不超过90℃，泵的滑动轴承温度不超过65℃，滚动轴承温度不超过70℃。22、离心泵的启动前的检查内容(1)佩戴好相关劳保用品，准备相关工具，检查清理机泵周围卫生；(2)检查机泵、压力表、对轮罩、对轮螺栓、地脚螺栓、阀门、管线法兰垫片完好；(3)检查出入口流程、介质液位满足开泵条件；(4)打开入口阀，稍开泵出口放空阀，待放空见油，且无气体后，关闭放空阀；(5)检查机泵冷却水投用正常；(6)检查润滑油质合格，润滑油量合适；(7)手动盘车两圈，无轻重不均现象；(8）检查热油泵预热正常，启泵前检查工作完毕。23、离心泵的启动(1)按规定进行启泵前的检查工作；(2)关闭预 ...
2020-3-16 12:05
氢云分享：丰田Mirai燃料电池电堆及系统效率测试技术分析
尽管自1990年以来已有多家公司着手研究和开发氢燃料电池汽车，且当前北美市场上投放的FCV车型多达6种，但尚缺乏有关当前量产FCV的独立实验室数据。美国能源部(DOE)燃料电池技术办公室也将“缺乏燃料电池电动汽车的性能和耐久性数据”作为其“多年研究、开发和示范计划”(Multi-year research, development and demonstration plan)项目的一个技术障碍。美国国家可再生能源实验室(NREL)对几种不同燃料电池汽车进行了道路评估，发现燃料电池堆的平均峰值效率为67％、燃料电池系统平均峰值效率为58％。虽然相关研究对燃料电池汽车效率进行研究和报道，但依然没有提供在实验室中测试的量产版燃料电池汽车电堆和系统的效率曲线。此外，大部分研究依赖于仿真模型，而这些模型使用总体的氢燃料经济性数据或专用的燃料电池系统数据进行验证。测试材料和方法加拿大交通部为此次测试研究提供了2016款丰田Mirai燃料电池汽车，下表为Mirai基本信息。美国阿汞国家实验室的车辆测试设施专为动力总成研究和技术基准测试而建造，底盘测功机位于恒温室内，可满足一系列实际条件测试。测试条件基于EPA 5 cycle工况的燃油经济性测试流程，包括-18℃、-7℃、25℃和35℃环境温度，850 W/m2光照条件。功率流上表列出了丰田Mirai测试中EPA公布的Mirai等效测试重量和道路载荷系数参数。基于SAE J1263™标准在底盘测功机上测得车辆能量损失。为最大程度减少下一项测试重新安装车辆导致的测试差异，测试过程中一直将丰田Mirai放在底盘测功机上，氢燃料经济性差异小于2％。测试期间，散热风扇会动态连续运行以便产生匹配实际车速的空气流速。基于119.96 MJ/kg低热值(LHV)计算氢气能量值。效率计算燃料电池堆和系统的效率表示为电能/氢能。下图展示了燃料电池堆和燃料电池系统的定义。结果和讨论燃料电池系统丰田Mirai动力总成是以燃料电池为主要动力的混合动力总成。像轻度混合动力汽车中汽油发动机相似，丰田Mirai燃料电池堆提供大部分动力，Mirai静止时通常电堆停止运行，并亦可在汽车行驶时停止运行或怠速(仅依靠镍氢电池工作)。当燃料电池系统怠速时，开路电压(OCV)缓慢降低。下图为NEDC工况下丰田Mirai动力总成的不同运行模式。车轮输出功率(dyno power)指在行驶工况下驱使车辆前进所需功率，是燃料电池堆功率、高压镍氢电池功率和附件损失功率总和。(注：本文结果分析和讨论为美国Argonne实验室工程师观点)电堆及系统效率随电堆输出的变化关系燃料电池系统效率曲线形状下图展示了丰田Mirai完成各个行驶工况的功率谱。注意，在UDDS和HWFET行驶工况的90%时间内，完成这两种工况所需功率分别小于12 kW和20 kW。燃料电池系统的低功率需求使UDDS和HWFET工况的燃料电池平均系统效率保持在61％以上。相反，US06工况需要燃料电池系统提供更高的功率水平，此时空压机负荷大小至关重要。因此，US06工况下燃料电池系统平均效率低于50％，但燃料电池堆效率仍高于61％。由于典型工况下平均功率负载较低，因此低负荷下的高燃料电池系统效率会转化为实际工况时的低氢耗。与之相反，内燃机的有效热效率随着负荷增加而升高。NEDC工况下燃料电池系统和动力系统运行模式燃料电池堆峰值功率在25%爬坡度、25℃温度下，燃料电池堆在30 s内功率保持在112 kW，电堆连续输出功率稳定在73 kW(风扇提供空气流速为43 km/h)。在25％爬坡度、35℃温度(乘员舱温度设定25℃)时，燃料电池堆功率稳定在50 kW，风扇速度为24 km/h。在6％爬坡度、35℃温度(乘员舱温度设定25℃)时，在测试的30分钟内Mirai保持时速100 km/h。当冷却风扇提供的空气流速为100 km/h时，燃料电池堆功率输出稳定在63 kW。连续峰值功率取决于冷热条件(散热)。最后，在25°C环境温度下测试了车速从0到129 km/h内四个背靠背(连续)最大加速度。与大多数轻度混动车一样，高压动力电池组在最后一次加速时没有提供任何帮助(最初的几次加速中电池已耗尽)。燃料电池堆峰值功率从第一次加速时的100 kW增加到最后一次加速运行时的114.6 kW。连续峰值功率在很大程度上取决于冷却条件，例如环境温度和相对风速。注意，所有测试均使用与车速匹配的变速风扇进行。车辆效率对比下表从车辆效率角度比较了燃料电池、纯电动、混合动力和传统动力四种动力总成。为与将制动能量转化为热量的传统车辆相比较，车辆效率的计算仅使用完成行驶工况所需的正功率(positive power)来进行。对于电动车，由于汽车在制动期间通过对高压动力电池组充电来回收动能和势能，因此车辆效率计算较为复杂。而仅使用正工况能量(正工况能量定义见效率计算部分)时，电动汽车动力总成中的双向功率流可导致计算的车辆效率超过100％。各动力总成美国环境保护署5个行驶工况下燃料效率和能耗比较不同行驶工况下氢能消耗及其分解情况25℃、-7℃燃料电池系统启停对于燃料电池系统，精确控制电堆内质子交换膜湿润度对于可靠且有效的功率输出尤其重要。系统停机时，燃料电池系统必须将电堆内部残余水排空，以避免结冰以及电池损伤。下图详细介绍了低温启动期间以及在测试结束系统停机关闭时的情况。在25°C环境温度启动时，燃料电池系统在车轮转动前不产生任何功率输出，车轮转动时电堆电压跃升至稳定的工作电压。当驾驶员在测试结束时关闭车辆，氢气和空气分别供气吹扫持续20 s。-7℃环境下停机时，停机吹扫时间会延长，氢气和空气吹扫电堆90 s，以使质子交换膜干燥。-7℃环境温度启动时，燃料电池系统提供过量氢气并立即产生低水平功率输出，以通过电化学反应生成水为质子交换膜创造最佳的湿润度。应当注意，当环境温度从25℃转变为-7℃且车辆关闭时，燃料电池系统将被唤醒以吹扫电堆并触发排水阀(drain valve)。-7℃环境温度燃料电池系统启停行为-18℃冷启动该项测试中，丰田Mirai整车完全浸入在-18℃环境温度达一周时间。测试开始时，电加热器加热燃料电池系统，并使用多余氢气来湿润干燥的质子交换膜。UDDS工况下冷启动时，车辆开机20 s后便可行驶，运行150 s后即可达到标准OCV状态。在行驶工况的前150 s内燃料电池堆功率输出受到限制，但镍氢电池组为车辆提供了额外动力以满足加速需求。-18℃至35℃环境温度和不同行驶工况下的氢耗(850 W/m2光照) ...
2020-3-16 10:57
干货分享：2.5kg氢气即可续航400公里，简述氢燃料电池车工作原理
近年来，随着国内外氢能产业的不断发展，氢燃料电池车作为氢能产业链下游集成应用中最为重要的一环，受到了广泛的重视。国内关于氢能的各项产业，基本都与氢燃料电池车相关，为燃料电池车服务。在国家政策上，对于氢燃料电池车的不退坡补贴会持续到2020年；同时，各地方政府也配合出台了关于燃料电池车的购置及运营补贴政策。可以预见，在未来较长一段时间内，氢燃料电池车及其相关产业都将会是氢能产业的主要发展方向。氢燃料电池车区别于普通汽车的地方，主要在其动力系统上。普通汽车以汽油等燃料在内燃机中燃烧做的功为动力；而氢燃料电池车是以氢燃料电池产生的电能为电动机供电，以电动机做的功作为动力的。如上图所示，氢燃料电池车的动力系统主要由以下几部分构成：（1）燃料口：氢气燃料的加注口，直接连在氢气储罐上。（2）蓄电池：减速时帮助制动，并将部分机械能转化为电能储存起来；加速时释放储存的电能帮助加速。（3）高压氢气储罐：内部充满高压氢气作为汽车的燃料。其内部压力一般为35MPa，少部分车辆可达到70MPa。（4）安全装置：当汽车发生碰撞或者氢气泄露时，切断燃料电池的氢气供给。（5）PEMFC（质子交换膜燃料电池）电堆：氢燃料电池车最核心部件，为电动发动机供电，保证汽车平稳行驶。（6）发动机（电动）：汽车的直接动力源。（7）驾驶系统：连接驾驶室，控制车辆运行状态。其中，PEMFC电堆作为车辆的核心部件，其单电池的原理图如下：图中，左侧为电池阳极（负极），氢气作为燃料进入此极；右侧为电池阴极（正极），空气中的氧气作为氧化剂进入此极。电池在正常工作时，在阳极侧，氢气在金属铂的催化以及电路的作用下失去电子，变成氢离子（H+，质子），并通过只对氢离子有选择性的PEM到达阴极侧，而电子只能通过外电路到达阴极，从而产生可利用的电流。在阴极侧，空气中的氧气在金属铂的催化以及电路的作用下得到电子，变成氧负离子（O2-）。随后，从阳极侧进入阴极侧的氢离子与氧负离子结合生成水，从阴极流出。氢燃料电池车在经由燃料口充氢后，方可正常启动运行。当司机打开控制系统，将汽车发动后，燃料电池堆开始工作，消耗氢气，产生电能，带动电动发动机工作，汽车开始行驶。相比于普通汽车，氢燃料电池车的排放物只有纯净的水而没有其他污染物，且只需要少量氢气（2.5公斤）即可续航400公里左右，燃料的成本要大大低于汽油、柴油等内燃机燃料。而相比于纯电动汽车，氢燃料电池车以PEMFC电池堆替代锂电池，作为电动发动机的能量来源，使得汽车拥有了更远的续航里程；同时，充能（充气）时间从电动车的1-2小时变为了氢燃料电池车的3-5分钟，大大节约了时间。因此，发展并推广氢燃料电池车很有必要。（来源：王重阳）
2020-3-14 12:10
氢云报告：长三角氢能发展的优势与技术选择
氢能相比传统化石能源具有来源广、能量密度高、环保效果好和用途范围广等优势，正逐渐成为世界各国普遍认同的未来能源。国际氢能委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》显示，到2050年，氢能源需求将是目前的10倍。长三角作为国内较早介入氢能和燃料电池领域的城市，一直处于国内“领头羊”的位置，但与国际先进城市的氢能发展尤其是燃料电池技术和应用相比我们还有不小的差距。在当前国家鼓励发展氢能利用的背景下，找准定位、明确技术路线可以为今后上海更好的发展氢能和燃料电池产业提供思路。一、我国氢能发展总体情况我国氢能发展现状我国高度重视氢能与燃料电池的发展，自2011年以来，在战略、产业结构、科技、财政等方面相继发布了一系列政策，引导并鼓励包括氢燃料电池和相关产业在内的氢能产业发展。2016年，氢能与燃料电池更是被列为我国能源科技重点发展的十五个领域之一，但对标国际先进水平，我国在氢能储运、氢燃料电池以及燃料电池汽车整车技术上还存在较大差距，关键设备的国产化率仍存在较大提升空间。上游：制氢路线多元、优势各异我国大规模制氢主要采用成本较低的煤气化法、工业尾气提纯法，小规模分散制氢主要采用甲醇蒸汽重组、水电解和氨气裂解。其中：煤制氢符合我国的资源禀赋、具备经济性优势，但存在增加煤炭消费总量、污染物排放和碳排放等问题，且无法摆脱对化石能源的依赖。可再生能源制氢（电解水）虽然成本高、能效天花板明显，但是有利于释放我国资源红利，消化可再生能源过剩产能，尤其是解决我国西部地区的“三弃”问题。工业尾气提纯虽然较好的提升炼化副产品的附加值，实现资源的梯度利用且具备经济性优势，但是面临生产端与用户端不匹配、规模不可控等情况，利用规模和利用方式相对受限。中游：储运、加氢环节是制约我国氢能发展的卡脖子问题储运上，我国氢能储运主要采用高压和低温液态路线，形成了法国液化空气公司、气体产品公司和林德集团为代表的外企寡头垄断格局，设备国产化率低。加氢环节，2006年以来，我国已建成加氢站12座，另有20余座加氢站在建（见表1）。3）围绕氢能产业发展的“卡脖子”问题——加氢站审批流程，各地在政策设计上进行了积极探索。广东省将氢燃料的性质定义为“能源”，并鼓励利用现有的加油（气）站建设油（气）氢合建站。佛山要求各部门尽量实行同步并联合办理或提前对接，不互为审批前置；武汉建立了“联席会议”解决机制；江苏如皋、湖北十堰取消了节能审查，精简了审批流程、压缩了审批时间。二、长三角氢能发展基础与趋势从区域比较看，长三角在氢能产业发展上，虽然面临“中游短板”，但是具备“三大优势”——氢气资源禀赋优势、加氢站先发优势、高端制造优势。上游：氢能发展家底厚、资源禀赋佳以上海为代表的长三角作为国内主要的炼化基地之一，拥有充足的工业副产氢，具备制氢的资源禀赋。据初步统计，目前上海市5家气体公司和2家化工公司的年产氢量（含副产氢）合计超过13万吨，按照百公里氢能消耗2kg、日行100km测算，理论上可支撑约18万辆燃料电池汽车的运营。中游：先发优势明显、国产化率逐步提高上海市早在“十五”期间就开始参与燃料电池汽车和关键设备的研发，在科技部“863”计划的支持下，2006年建设了全国第一座示范运营固定站——安亭加氢站。建成之初，该站的设备和零部件全部依赖进口，运营方上海舜华通过十多年的自主研发改造，陆续在加氢机、站控系统、储氢瓶组上实现了国产化，国产化率已达到了20%～30%。目前该站储氢量最大可达800公斤，一次能连续为6辆大巴、20辆小汽车加注氢气，未来如果能够进一步在压缩机、管阀件、报警探头和枪头等核心部件上实现国产化，将会对我国氢能利用和产业发展形成更大的助力。下游：汽车制造能力卓越、示范运营经验丰富长三角是新能源汽车行业的排头兵，以上海市为代表，2017年燃料电池汽车销售量达590辆，居全国第一。从2003年“超越一号”燃料电池汽车到2015年上汽荣威950燃料电池汽车，上海市燃料电池汽车技术始终代表了我国燃料电池汽车发展的最高水平。长三角拥有丰富的示范运营经验，自2003年开始，在GEF/UNDP支持下，上海市先后参与“促进中国燃料电池汽车商业化发展”的二期、三期示范项目，燃料电池汽车累计示范运行里程超过140万km。长三角聚集了产业链上下游的龙头企业，初步形成了燃料电池整车厂商，核心部件研发及产业化企业，测试、评价和认证机构，示范运营商以及基础设施建设商等在内的较为完整的产业链体系，其中上海市专注于氢能与燃料电池汽车技术研发、制造的企业数量已超过30家。三、长三角氢能发展技术路线建议制氢：工业副产氢和电解氢是长三角近期和远期氢能的重要来源近中期来看，工业副产氢是长三角发展氢能的主力资源。一是长三角具备氢气资源禀赋，据测算，仅上海市化工区的副产氢资源量约为1.5万—2万标方/小时（折合约1.2万—1.7万吨/年），基本可以满足《上海市燃料电池汽车发展规划》中期目标提出的2025年不少于2万辆燃料电池乘用汽车的氢气需要。二是工业副产氢在现有制氢技术水平下具备经济性优势，适用于推广氢能的初期阶段。按2018年12月的价格水平估算，综合考虑土地投资，工业尾气提纯到氢气的成本仅11.3元/公斤，制氢成本较低。按照每公斤氢气运输成本0.1元/公里测算，工业副产氢的经济运输半径约170km，基本可以覆盖除崇明外的上海市域范围。三是从其他氢源来看，化石能源制氢与节能减排目标（尤其是控煤指标）相悖，可再生能源制氢在短期内无法突破制取储运技术约束，难以解决电解水制氢的经济性问题和“源”“荷”的距离问题中长期来看，电解氢以及其他新型制氢路线将成为重要发展方向。在产业结构调整和节能减排压力的双重作用下，化工产业在上海市的发展会进一步受限，资源禀赋将逐渐被弱化，预计未来工业副产氢规模将难以满足车用氢能的需求。而随着电力供需逐渐走向平衡，可再生能源消化压力将逐渐加大，同时制氢电耗单价将走低，利用电解水就地制氢、就地用氢的分布式利用方式既具备必要性，又将具有经济性上的可行性，还可以带动一批电解和储氢装备制造产业的技术升级。储运：液态储氢将成为技术突破的重要方向储运环节氢气形态将逐渐由气态向液态转变。液态氢具备密度高、纯度高的特 ...
2020-3-14 11:58
氢云报告：甲醇水蒸气重整制氢最新技术研究进展
摘要：氢气需求的持续增长，带动制氢技术的不断进步。煤制氢技术投资较高，天然气制氢原料来源受到限制，电解水制氢成本较高。甲醇制氢投资适中，适合各种规模的制氢装置，铜基催化剂反应温度低，低温活性和氢气选择性好，价格低廉，因而甲醇制氢技术得到广泛应用。催化剂载体和助剂的改进研究，对工业催化剂的改进具有重要的指导意义。综述甲醇水蒸气重整制氢工艺、反应机理和催化剂，介绍了催化剂载体和助剂等方面的研究进展情况。随着成品油质量的逐渐升级，H2需求持续增长，同时带动了制氢技术的不断发展。传统的制氢工艺主要有天然气制氢、煤制氢及电解水制氢等。煤制氢和天然气制氢具有技术成熟、成本低等优点，但煤制氢通常投资较高，只适合大规模制氢;天然气制氢虽然适合各种规模的制氢装置，但天然气作为重要的清洁能源，在作为化工原料方面的应用受到严格限制;而电解水制氢耗电量大导致成本较高，仅适合小规模应用。与煤和天然气相比，甲醇产能过剩，原料资源丰富，甲醇更容易储存和运输，因而甲醇重整制氢工艺在近几年得到迅速推广。随着甲醇制氢工艺和催化剂的不断改进，甲醇重整制氢规模也不断扩大，制氢成本不断降低，成为炼油厂等中等规模制氢装置的首选。本文综述甲醇制氢工艺、甲醇水蒸气重整制氢反应机理和甲醇水蒸气重整制氢催化剂研究进展情况。1、甲醇制氢工艺甲醇制氢主要有甲醇分解制氢和甲醇水蒸气重整制氢两种工艺。甲醇分解制氢即甲醇在一定温度、压力和催化剂作用下发生裂解反应生成H2和CO。采用该工艺制氢，单位质量甲醇的理论H2收率为12.5%（质量分数），产物中CO含量较高，约占三分之一，后续分离装置复杂，投资高。甲醇水蒸气重整制氢即甲醇和水在一定温度、压力和催化剂作用下转化生成H2、CO2及少量CO和CH4的混合气体。甲醇水蒸气重整制氢具有反应温度低，产物中H2含量高、CO含量较甲醇分解制氢法低（体积分数小于2%）等优点。采用该工艺单位质量甲醇的理论H2收率为18.8%（质量分数），即甲醇水蒸气重整制氢产氢量高于甲醇直接分解制氢，且产物中CO含量低，分离简单。因此目前开发的甲醇制氢技术主要采用甲醇水蒸气重整制氢工艺。甲醇水蒸气重整制氢工艺流程：甲醇和脱盐水按一定比例混合经换热器预热后送入汽化塔，汽化后的甲醇－水蒸气经过热器过热后进入列管反应器中，甲醇与水蒸气在温度（200～300）℃（温度由导热油炉系统提供）、压力（1～2）MPa和催化剂作用下进行重整反应生成H2、CO2及少量CO的混合气体。混合气经换热、冷却后进入水洗吸收塔，塔釜收集未转化的甲醇和水循环利用，塔顶气送变压吸附装置提纯。根据对产品气纯度和杂质的要求，变压吸附采用四塔或四塔以上流程，H2纯度可以达到99.9%～99.999%。2、反应机理研究甲醇水蒸气重整制氢反应机理主要分为分解－变换机理和重整－逆变换机理两种观点。2.1分解－变换机理甲醇水蒸气重整制氢反应时，先发生甲醇分解反应生成CO和H2，然后发生变换反应生成CO2，反应机理如下：CH3OH→CO+2H2CO+H2O→CO2+H22.2重整－逆变换机理甲醇水蒸气重整制氢反应时，先发生甲醇重整反应生成CO2和H2，然后发生逆变换反应生成CO，反应机理如下：CH3OH+H2→CO2+3H2CO2+H2→CO+H2O张磊等利用原位傅里叶变换红外光谱技术，对甲醇水蒸气重整制氢反应机理进行系统研究，研究发现，该反应主要经历以下步骤：甲醇脱氢解离形成甲氧基，甲氧基转化为中间过渡产物甲酸甲酯，甲酸甲酯转化为甲酸，甲酸再分解生成CO2和H2，CO2经逆水气变换反应生成副产物CO。根据张磊等人的研究可以看出，甲醇水蒸气重整制氢反应符合重整－逆变换机理。3、甲醇水蒸气重整制氢催化剂甲醇水蒸气重整制氢工艺催化剂主要包括贵金属催化剂和铜基催化剂。其中铜基催化剂价格低廉，低温活性好，已广泛应用于工业化生产。工业上使用的铜基催化剂是高铜含量的Cu/ZnO/Al2O3催化剂，CuO质量分数约50%，常采用共沉淀法制备。铜基催化剂对甲醇的转化率接近100%，但对CO的选择性较高，而CO是很多加氢催化剂和燃料电池电极材料的毒物，CO含量高不利于后续H2的分离及应用，因此目前的研究重点是通过改变载体或添加助剂来改变催化剂的结构和催化性能，降低CO的选择性。3.1载体合适的载体可以加强与Cu之间的相互作用，改善Cu的分散性、催化剂孔道分布及催化剂比表面积等，从而提高催化剂活性。黄媛媛等以凹凸棒石为载体，以20%Cu和15%ZrO2为活性组分（均为质量分数），采用浸渍法制备的催化剂在温度为280℃、甲醇质量空速3.6h-1和水醇物质的量比1.2的条件下，甲醇转化率为99.83%、H2选择性达到99.23%、CO选择性为2.31%。巢磊等以AlPO4－5分子筛作为载体，以15%Cu、6%Fe和1%MgO作为活性组分（均为质量分数），采用浸渍法制备的催化剂在反应温度300℃、水醇物质的量比1.1和甲醇质量空速2.5h-1的条件下，甲醇转化率为93.08%，CO2和H2选择性分别为95.80%和96.93%，副产物CO选择性为1.70%。刘玉娟等以纳米材料CeO2为载体，以10%CuO为活性组分（质量分数），采用浸渍法制备的催化剂在反应温度为250℃，水醇物质的量比为1.2，甲醇气体空速为800h-1时，甲醇转化率达到100%，重整尾气中CO的体积分数为0.87%。张磊等以CeO2－ZrO2为载体，以CuO/ZnO为活性组分，采用共沉淀法制备的催化剂在反应温度为240℃，水醇物质的量比为1.2和甲醇气体空速1200h-1的条件下，甲醇最高转化率达100%，重整尾气中CO的体积分数为0.46%，且催化剂稳定性良好，连续稳定运行超过360h。通过对载体的改进，在维持甲醇转化率在较高水平的基础上，降低了CO选择性，同时活性金属铜的负载量也比工业化催化剂降低了约50%，有效降低了催化剂成本。此外，覃发玠等还设计了一种Cu－Al尖晶石结构的催化剂，该催化剂在反应前不用进行预还原处理，首先由催化剂中的非尖晶石CuO物种启动反应，随后Cu－Al尖晶石逐渐缓释活性中心Cu，持续催化反应的进行，可显著提高催化剂的催化性能。3.2助剂在催化剂中添加适当的助剂可以改变催化剂的表面结构和活性组分的分散情况，提高催化剂活性。黄媛媛等以ZrO2和CeO2为助剂对Cu/γ－Al2O3催化剂进行改性研究，当Cu、ZrO2和CeO2的质量分数分别为15%、7%和2%时，在反应温度260℃、质量空速3.6h-1和水醇物质的量比1.2的条件下，甲醇转化率可达99.63%、CO选择性1.7 ...
2020-3-13 10:21
干货分享丨我国燃料电池汽车技术发展现状
燃料电池原理很早被提出，但受技术所限与高昂的成本，发展速度十分缓慢。近些年燃料电池相关技术不断进步，特别是丰田等日本公司的大力推进下，部分燃料电池汽车已实现量产。相较全球汽车销量，目前电动汽车销量占比仍不足1%，按照IEA预测，2030年电动汽车渗透率将达到15%，2018年-2030年每年则需要增长30%。插电混动汽车2012年后开始进入市场，目前，中国市场占比约为25%，美国约为43%，欧洲市场的PHEV占比更高。而国内燃料电池的发展可以从以下几个方面来探讨：整车开发方面，目前，我国已经初步掌握整车、动力系统与核心部件的核心技术并具有整车生产能力。但是，在燃料电池汽车车型平台开发方面，以上汽股份、上海大众、一汽、长安、奇瑞等公司为代表开发的燃料电池轿车均基于传统内燃车或纯电动汽车进行改制，尚未掌握燃料电池汽车专用车身、底盘开发、底盘动力学主动控制等关键技术。根据智研咨询发布的《2020-2026年中国氢燃料电池汽车行业发展动态分析及投资方向研究报告》数据显示：2019年1-9月，新能源汽车产销分别完成88.8万辆和87.2万辆，比2018年同期分别增长20.9%和20.8%。其中燃料电池汽车产销分别完成1315辆和1251辆，比2018年同期分别增长7.7倍和7.6倍。
2020-3-12 09:52
干货分享丨关于燃料电池汽车测试评价技术探讨
中国汽车工程学会近日开展了题为“燃料电池汽车测试评价技术探讨”线上微课堂活动，以下为整理的课程PPT及语音文件，以供参考。 来源：新能源汽车行业资讯
2020-3-11 16:47
氢云报告：低温液氢储存的现状及存在问题
摘要:储氢是氢能发展中的一个重要方面。低温液化储氢由于其储氢密度大、能量密度高等特点，具有很大的优势。首先分析了三种主流储氢方式的优缺点与发展现状，并针对低温液态储氢技术进一步展开，从被动绝热与主动绝热两个方面介绍了当前已广泛应用，以及新发展的绝热技术，指出其各自不足与未来的发展方向。另外还从低温容器设计的角度，对低温液氢容器的结构设计、选材以及安全性保障等方面进行了描述。1、引言能源一直是人类发展的永恒话题，也是国家发展的重要战略资源。人类的发展史也是能源的更迭史。自 18 世纪拉瓦锡给氢命名以来，对氢的研究已有 200 多年的历史。氢能具有储量大、热值高、零污染等无与伦比的优势，能很好解决人类社会能源短缺、环境污染等迫在眉睫的问题。目前，氢能已由曾经所谓的“未来能源”开始逐步应用于低温液体火箭、汽车、船舶和飞机的动力源，以及燃料电池中。目前有两个重要问题制约着氢能发展，一是氢的制取，二是氢的储存。对于氢的制取，目前工业大规模使用的制取方法主要以电解水和甲烷水蒸气重整制氢( Steam － methane reforming，SMＲ) 为主，也有一些生物制氢方面的研究，主要问题是电解水耗能太大，成本太高，显得得不偿失; 而甲烷重整相对而言成本较低，但其产生的 CO 及 CO2 温室气体不利于环境友好。对于氢的储存，目前获得广泛关注的储氢技术主要有高压储氢、低温液态储氢以及金属氢化物储氢。当然也不乏一些新的储氢技术，主要是一些新型的储氢材料，包括有机溶液储氢以及纳米碳管储氢等，其在实验室研究中具有一定的优越性能，表现出巨大潜力。但由于难以批量生产、成本过高、脱氢效率低等原因，目前距大规模的工业应用还有一定距离。2、主要储氢技术高压储氢是常温下将气态的氢压缩至高压状态而储存在气罐中。目前储氢气罐的压力主要有15、35、70 MPa 三种。15 MPa 的高压储氢气罐为普通的钢制储氢气罐，其设计制造技术成熟，成本相对较低，对压缩机的压力要求低，能耗也相应较低，但其气罐质量很大，单位储氢密度小，储氢效率低。随着氢能开始在汽车燃料电池中取得应用，对储氢罐的储氢密度与储氢效率提出了更高要求，普通的钢制储氢气罐不再适用，轻质高压储氢容器成为研究重点。轻质高压储氢容器多为金属内胆纤维缠绕复合材料储氢罐，目前 35 MPa 已是较成熟的技术，70 MPa 则是研究的热点，在丰田 2014 年年底上市的氢燃料电池汽车 Mirai 上，应用了 70 MPa 的储氢技术，目前国内也有许多企业完成了 70 MPa 高压氢燃料电池汽车储氢罐的研发工作。低温液态储氢是先将氢气液化，然后储存在低温绝热容器中。由于液氢密度为70． 78 kg /m3，是标况下氢气密度 0． 083 42 kg /m3的近 850 倍，即使将氢气压缩至 15 MPa，甚至 35、70 MPa，其单位体积的储存量也比不上液态储存。单从储能密度上考虑，低温液态储氢是一种十分理想的方式。但由于液氢的沸点极低( 20． 37 K) ，与环境温差极大，对容器的绝热要求很高，且液化过程耗能极大。因此对于大量、远距离的储运，采用低温液态的方式才可能体现出优势。目前液氢主要作为低温推进剂用于航天中，而对于以液氢为动力的汽车与无人机的液氢贮箱也有一些研究，但到目前为止还没有实质性的进展。金属氢化物储氢是采用某些金属或合金与氢气形成化合物，而对形成的氢化物加热又会释放出氢气，从而实现对氢的储存与释放。这种方式安全性好、氢气纯度高、单位体积储氢密度高，但单位质量储氢密度低、吸放氢气速率较低。该项技术目前存在两大关键问题，一是在大规模应用中提高储氢材料的储氢量，二是降低材料成本并节约贵重金属。目前来看，金属氢化物储氢还处在实验研究阶段。表 1 总结归纳了以上三种主要储氢方式的优缺点以及目前主要的应用。3． 1． 2 变密度多层绝热对于常规多层绝热的研究表明，在高温侧辐射热流占主导，而在低温侧辐射屏之间的固体导热热流显著增加。Hastings L J 等和 Martin J J 等首先提出 VD － MLI( 变密度多层绝热) 结构，认为可在辐射热流占主导的高温侧使用较大的层密度来减少辐射换热，而在低温侧使用较小的层密度来减少固体材料导热，来优化多层绝热材料的整体性能。国内的一些学者也对 VD － MLI 进行了一些相关研究。朱浩唯等研究了多层绝热结构的最优化层密度分布方式与绝热系统各参数之间的关系; 王莹等对火箭低温推进剂储罐外的 VD － MLI 结构进行了传热研究，认为 VD － MLI 比 MLI 结构具有更轻的质量和更好的绝热效果，且热边界温度对 VD － MLI 的绝热性能有主要影响;王田刚等通过正交实验法对 VD － MLI 的层密度设计了不同的组合方案，并通过传热模型分析，确定了不同的热端温度下所需的最小厚度。相比于传统的多层绝热，VD － MLI 技术有更好的绝热性能，且在重量上也更具优势，相关研究表明，在低温推进剂长期在轨储存方面，采用 VD － MLI 技术与传统的多层绝热相比，推进剂蒸发量减少近 60% ，而绝热材料质量减少近 40%。3． 1． 3 辐射制冷辐射传热是一种重要的传热方式，尤其在空间中更显得尤为重要。Sun X W 等通过理论计算认为，在轨液氢低温储罐可通过辐射向空间的深冷环境放热，从而做到液氢在两年时间内的零蒸发储存。利用飞行器姿态与结构，将向空间约 2． 7 K 的冷背景传热的辐射制冷机作为一种非机械制冷机，也有诸多优点，如无运动部件、无振动、可靠性高、无需主动耗能、不产生额外热量，但由于太空环境复杂，太阳照射处可达近 6 000 K高温，而背阳处则直接面对宇宙深冷背景，因此辐射制冷对飞行器的飞行姿态要求很高。3． 2 主动技术主动绝热技术是通过以耗能为代价来主动实现热量转移，常见的手段是采用制冷机来主动提供冷量，与外界的漏热平衡，从而实现更高水平的绝热效果。主动技术常用在一些闪蒸气( Boil － off gas， BOG) 再液化流程中，如 LNG 船的再液化流程及核磁共振仪中液氦的再液化等。航天技术·23·低温技术 Cryogenics 第 6 期中主动绝热技术常用来提供低温液体推进剂的零蒸发储存( Zero boil － off，ZBO) ，在被动绝热基础上，通过制冷机主动耗能提供冷量来进行热量转移，实现低温液体零蒸发。此技术最早由 NASA 在 20 世纪末提出，为实现火星探测而需低温推进剂长期在轨储存。目前这项技术在地面上已 ...
2020-3-11 13:54
氢云报告丨加氢站供氢模式的选择及制氢技术的研究现状分析
零排放、续航里程长、燃料补给快、效率高等特点使氢燃料电池汽车成为氢能利用的重要途径之一。国内外多家车企开展燃料汽车研发，国家投入专项资金鼓励相关技术研发、加注站建设和燃料电池汽车推广。氢气作为燃料电池的能量来源，是一种二次能源，将氢气从化工产品转变为交通燃料，就必须找到适宜的氢气供应路线和技术。1、供氢模式的选择针对加注站供氢，氢气的供应模式包括集中供氢模式和分布式供氢模式两种。1.1集中供氢模式集中供氢指氢气集中制备，再通过管道或者运输的方式供给氢气加注站。1.1.1氢气制备集中式供氢模式制氢和用氢分开，制氢过程受限少，适合采用大规模制氢技术。大规模制氢以化石资源为原料，包括煤炭、烃类等，原料价格便宜，技术成熟且更为高效，采用连续生产的模式(装置运行时间＞7000h/a)，因此制氢成本更低。1.1.2氢气储运从工厂到氢气加注站必须考虑长距离氢气储运，安全、高效的储运技术是集中供氢模式得以实现的关键，包括管道输送和公路运输两种方式。氢气的管道输送起步较早，但发展缓慢，特别是我国仅有数条短距离输送管线运行，缺少使用经验，仍需开展材料、输送方式等基础研究才能实现长距离、高压力、大规模氢气输送。公路运输则需要考虑储氢技术和运输安全所带来的成本。氢气储存方式包括高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢和有机液态储氢，不同储氢方式的特点对比如表1所示。表1不同储氢方式特点对照表天然气转化过程需要空分装置，后续分离需求相对较大，因此天然气制氢具有更强的规模效应，与大规模集中制氢相比，1000Nm3/h以下规模制氢装置氢气成本增加80%～100%。1.3供氢模式选择对于集中式供氢而言，从制氢到用氢包括了氢气制备和储运两部分，总成本如表3。表3集中式供氢总成本吸热反应，高温利于甲醇完全转化，但过高的温度造成能耗高、催化剂热稳定性要求高等问题。FanM等利用NiSn催化剂，在600℃温度实现H2/CO的高选择性，且催化剂稳定性好。更多的学者则尝试降低反应温度，WangH、周性东等利用改性催化剂在250～300℃实现甲醇完全转化。2.1.2甲醇部分氧化制氢反应方程式为:吸热反应，反应温度一般在250～300℃，催化剂选择Cu、Ni等过渡金属负载其他金属氧化物，尤以Pt系催化剂活性最好。甲醇经水蒸气重整可视为甲醇裂解和CO水蒸气变换反应的耦合，因而产物中氢含量高，可接近75%，反应流程简单，产物易分离，是分布式制氢的首选，催化剂性能不断提升，特别是山西煤化所温晓东团队针对甲醇和水液相制氢的反应特点，借助实验设计和理论计算相结合的方法，开发出新型原子级分散Pt/α－MoC双功能催化剂，实现了低温下(150～190℃)高效产氢，是甲醇重整技术的一个重大进展。2.1.4甲醇自热重整制氢甲醇自热重整是甲醇部分氧化和水蒸气重整两个过程耦合，总反应微放热，温度在300～500℃区间，催化剂为Cu、Zn氧化物，该方法具有更高的反应速率和氢气产量，但在催化剂开发和过程控制上仍需要进一步研究。化学链吸收增强式甲醇自热重整制氢技术在甲醇自热重整的路线上引入化学链的概念，引入Cu－CuO循环，实现系统自供热，同时氧载体CuO避免空气中的N2混入产品气，无需设置空分装置，加入碳载体可望在反应过程中吸收CO2，提高氢气浓度，该技术仍在研究开发中，其难点包括高性能循环载体的开发和反应器的设计。2.2甲醇制氢新技术2.2.1电解甲醇制氢通过电解甲醇制氢，可实现常温常压下制氢，与电解水制氢相比，电耗可由电解水的5.5kWh/m3H2下降至1.2kWh/m3H2，产氢量与电流强度呈线性关系，能耗受工作温度和阳极材料性质的影响，开发适宜的阳极材料有望大幅降低制氢成本。该电解装置也可以与光伏、风电等分布式发电装置连用，可提供廉价氢气。2.2.2超声波甲醇制氢超声波甲醇制氢是以超声波为诱发因子，在不附加其他外界条件的情况下引发甲醇裂解反应，在常温下制取氢气，避免传统甲醇制氢工艺所需的高温，但超声波辐射下化学反应极其复杂，具体的反应机理目前仍是空白。2.2.3甲醇等离子体制氢等离子体方法借助高活性的粒子，如电子、激发态物质等为反应过程提供能量，提高反应速度，避免使用非均相催化剂，众多学者对不同种类的等离子体对制氢过程的影响进行了研究，包括介质阻挡放电等离子体、电晕放电等离子体、微波放电等离子体、滑动弧放电等离子体和辉光放电等离子体。实验发现，甲醇在阴极等离子体层中表现出明显高于水分子的反应活性，产物中氢气含量可达95%。能耗是衡量技术经济性的重要指标，多数等离子转化过程能耗过高，其中，滑动弧等离子体和辉光放电等离子体可将能耗控制在3kWh/m3H2，具有一定的市场发展潜力。2.2.4光化学制氢选用合适的光化学催化剂，通过特定光源照射来催化甲醇－水系统产生氢气，反应在常温下发生，目前仍在初步研究阶段。3、结语(1)集中供氢模式包括大规模制氢和氢气储运两个部分，大规模制氢过程技术成熟、成本低廉，但氢气储运价格高、危险大，开发安全、高效的储运方法是降低集中供氢模式成本的关键。(2)加氢站采用分布式供氢模式，可最大限度避免氢气储运带来的成本和风险，用氢总体成本优于集中供氢，是氢燃料电池发展初期的首要选择，甲醇制氢是分布式供氢的首选氢源。(3)传统甲醇制氢已应用于工业，目前的研究要集中于高效催化的开发以及吸/放热反应的耦合上，而新技术则通过借助超声波、等离子体等手段实现在常温常压下高效制氢，但仍需要进一步的开发。来源：广州化工 第16期 马志超，冯 浩，闫云东，氢云链整理 ... ...
2020-3-9 14:54
氢云分享：加氢站主要工艺设备选型分析
近两年来，各类充电式电动汽车补贴政策逐渐退坡，但同样作为新能源汽车，燃料电池汽车及其配套设施的政府补贴力度一直有增无减。燃料电池汽车克服了充电式电动汽车具有充能时间长、电池蓄电性能衰减快、电池报废难处理的几个问题。但是，燃料电池汽车的推广依然不像充电式电动汽车那么顺利。究其原因，除了燃料电池汽车本身生产成本和销售价格依然居高不下外，其配套加氢设施的稀缺是制约燃料电池汽车快速发展的最大障碍。在加氢站设计建设过程中，制定符合需要的工艺流程方案和选取合适的工艺设备，对加快加氢站建设进度、合理控制建设成本，能起到至关重要的作用。1加氢站工艺流程目前国内加氢站主要采用的工艺流程是基于高压气态氢的储运方式，主要以站外长管拖车供氢为主。站外长管拖车供氢的高压气态储氢加氢站工艺流程，如图1所示。图2隔膜式压缩机工作原理示意2.1.2液驱式压缩机液驱式压缩机的动力缸与往复泵的工作腔直接相通，往复泵的活塞通过液体(大多为油)驱动压缩机活塞完成气体的压缩。液驱式压缩机中部为对置式的两个气缸，柱塞为活塞，用来压缩氢气，上部为控制滑阀，用于释放动力液缸中的油。这种结构可以做成多列，因此功率较大。国内多个压缩机制造企业在隔膜式压缩机和液驱式压缩机的技术研发方面已日趋成熟，有相当一部分加氢站已开始应用完全国产化的氢气压缩机。但相对而言，国产压缩机在稳定性可靠性方面还有待提高。目前，国内有相当一部分加氢站设备供应商，采购进口的压缩机机头作为核心部件，配套辅助部件采用国内采购和组装的方式。这样，对于建设单位而言，不仅提高了设备的可靠性，同时也降低了设备采购成本。目前国内已建成或在建的35MPa加氢站较多采用隔膜式压缩机或液驱式压缩机。离子压缩机由于价格较高，更适用于加注压力较高的70MPa加氢站。2.2固定储氢设施国内近期建成或在建的加氢站主要采用高压储氢瓶组和高压储氢罐作为站内的固定储氢设施。高压储氢设施具有氢气储存和压力缓冲作用，通过压力、温度等传感器对储存介质参数、安全状态等进行监测。加氢站氢气储存系统的工作压力越高或该工作压力与氢能汽车充氢压力差越大，将使氢能汽车充氢时间缩短；氢气储存系统工作压力的提高也会使氢气压缩机开启频繁度降低。（1）储氢压力不大于20MPa时，一般可选用高压储氢瓶组作为储氢设施。目前主要应用于通过低压管道氢气作为气源的加氢站，作为第一级储氢。该类储氢瓶组参照ASME(American Society of Mechanical Engineers，美国机械工程师协会)标准及TSG21－2016《固定式压力容器安全技术监察规程》的要求进行设计制造，主体材质为4130X高强度结构钢，瓶身为单层厚壁结构。(2)储氢压力大于20MPa时，考虑到高压氢气的“氢脆腐蚀”，一般选用高压储氢罐作为储氢设施，储罐壁也变为多层结构形式，内层采用耐氢脆腐蚀的不锈钢材质，外层采用高强度碳钢进行加固，从而兼具耐腐蚀和耐高压的特点。35MPa加氢站通常采用最高储氢压力为45MPa的储氢罐，70MPa加氢站通常还要增设最高储氢压力为90MPa的储氢罐。2.3加氢机加氢机的主要功能是为氢燃料电池汽车的车载储氢瓶进行加注。加氢机的基本部件包括箱体、用户显示面板、加氢口、加氢软管、拉断阀、流量计量、控制系统、过滤器、节流保护、管道、阀门、管件和安全系统等。另外，还包括一些辅助系统：电子读卡系统(如收费系统)、多级储气优先控制系统、两种不同压力的辅助加氢口和软管、温度补偿系统和车辆信息整合控制系统。加氢机加注时有“焦－汤效应”，导致氢气温度上升。因此加注过程中如何防止氢气温度不断升高是加氢机的关键性能之一。目前国内主要的35MPa加氢机生产商在应对加注时氢气升温方面主要采用下面两种方式：(1)采用美国机动车工程师协会SAE(Society of Auto motive Engineers)J2601标准，在加氢机内设置与汽车车载瓶相连接的通讯接口，将加注过程中车载气瓶的温度和压力信号输入到加氢机内，实现自动调节加氢升压速率，达到控制氢气温度的效果。(2)采用加氢前预冷的方式。氢气进入加氢机前首先通过一台外置换热器进行换热，使氢气温度下降后对车载气瓶进行加注。换热器冷却介质为低温循环冷却水，需要外设一台大功率冷水机组将冷却水温度降至5~10℃。在上述两种加氢机的选择上，可根据项目具体实际情况确定。如站址面积较为紧凑，且对节能要求较高的加氢站，可考虑采用第一种加氢机；对日常加注车辆较多，需要实现快速加氢需求的，可考虑采用第二种加氢机。另外，加氢机的加注速率还与加氢站内压缩机配置和储氢罐容积有关，设计时应综合考虑。综合上述，以较为典型的加注能力为1000kg/12h，加注压力35MPa加氢站为例，推荐设备配置见表2。表21000kg/12h，35MPa加氢站推荐设备配置 ...
2020-3-8 10:55
干货分享丨国内燃料电池堆及系统产品参数的真实意义
（1）功率密度功率密度分体积功率密度、质量功率密度和面积比功率等，前两者对于燃料电池堆和系统皆适用，单位一般为kW/L、kW/kg，面积比功率一般应用于燃料电池膜电极。功率密度针对燃料电池堆使用场合较多，定义为燃料电池堆的峰值功率除以燃料电池堆的体积(或质量)。由于燃料电池堆体积(或质量)定义差别较大，通常燃料电池堆功率密度可分为四层级别，分别为：活性面积层、电池组层、端板层和外壳层。以德国Elringklinger AG为例，其新一代NM5燃料电池堆的活性面积层级功率密度为8.1kW/L，电池组层级功率密度为4.6kW/L，端板层级功率密度为4kW/L。注：动力电池为储能装置，燃料电池为电化学发电站并非储能装置。因此，动力电池和燃料电池通常分别采用能量密度和功率密度来体现其动力特性。（2）防护等级IP(Ingress Protection)防护等级系统是国际电工委员会起草，将电器依其防尘防湿之特性加以分类。通常，在国内燃料电池系统产品参数里可以看到“防护等级 IP67”的说明。IP防护等级由两个数字组成，第一个数字表示电器防尘、防止外物侵入的等级；第二个数字表示电器防湿气、防水浸入的密闭程度。两个数字越大，表示防护等级越高。DOE耐久性测试工况国内目前尚无燃料电池零部件及其系统耐久性的国家测试标准。据调研，目前由全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会归口上报并执行的国家标准计划《车用质子交换膜燃料电池发电系统耐久性测试方法》已于2018年1月9日下达，项目周期2年，预计2020年正式发布。在国内尚无标准前提下，尚无从得知相关企业发布耐久性或寿命有无参考相关标准。此外，据悉，由清华大学裴普成教授等人制定的质子交换膜燃料电池堆寿命测评国家标准预计明年发布设施，寿命加速测试可能达400小时(通过模拟真实衰减过程的加速老化测试可以降低时间和成本)。注：丰田燃料电池车Mirai研发负责人曾表示，燃料电池使用寿命需要参考使用频率和环境等因素，保守估计Mirai的燃料电池使用15年衰减15%左右。国内鲜有燃料电池使用寿命的报道，媒体报道通常采用“**电堆耐久性突破5000小时”的头条。转自/燃料电池干货
2020-3-6 17:40
氢云报告：能源互联网中的氢能系统
2020-3-3 15:14
氢云观察：加氢枪国产化突围，即将迎来广阔发展空间
近年来，越来越多氢燃料车辆投放市场，加氢枪作为其加注燃料的必需设施也迎来了广阔发展空间。为抢抓机遇，德国WEH Gas technology、日本日东工器NITTO KOHK、日本龙野株式会社等国外知名企业率先投入技术研发，并推出相关加氢枪产品。反观国内，因应用经验匮乏，企业研发加氢枪仍面临诸多技术难点。目前，仅成都安迪生测量有限公司（下称“安迪生”）和朗安（天津）科技发展有限公司（下称“朗安科技”）等企业突围加氢枪国产化。安迪生枪阀产品经理李润表示，目前加氢枪市场分35MPa和70MPa两个压力等级，现阶段国内加氢枪主流的加注压力等级为 35MPa。按照国家标准 GB/T 34425-2017《燃料电池电动汽车加氢枪》中对于加氢枪的分类，35MPa 等级最主要采用的是 A 型枪，即加注完成后加氢软管处于高压状态。A型枪要求加氢枪能通过转动开关实现对于氢气流道的开启、关断，以及加注完成后加氢枪腔内高压氢气的泄放功能。这一系列功能的实现都需要保证内部零件在高压状态下能平稳运动，且不能发生小分子气体泄漏现象，另外还应当保证密封结构具有很高的可靠性及耐用性。“这是公司前期研发加氢枪产品时遇到的一个典型的技术难点，但经过我们团队长期攻关，现已攻克难题，并申请了 10 余项相关专利来保护相关技术。公司加氢枪已处于量产阶段，提供给了包括郑州宇通加氢站、 武汉中级加氢站、广东荔村加氢站在内的国内多个加氢站。”李润透露。在朗安科技总经理何冠军看来，加氢枪技术难点在于高压应用和保护功能。他表示：“加氢枪与高压软管内长期处于高压状态，容易造成爆管等安全事故。因此，对产品的防爆要求更高。此外，加氢枪密封材料需具备自润滑、高分子组织，保证密封性，以避免加氢站工作人员操作失误引发的安全事故，保证安全。考虑到氢脆问题，公司加氢枪采用不锈钢材质，已实现量产。”谈及国产加氢枪和国外的价格差异，李润表示：“目前我们自主研发生产的加氢枪在市场售价方面较之国外加氢枪有明显的优势，后期随着市场销量上升带动的规模化效应，价格优势还会更加显著。”何冠军透露，目前国产加氢枪价格约为进口加氢枪的六折，国外一套下来（加氢枪8万元、软管2万元、拉断阀2万元）约12万元左右，国内一套则大概6-7万元（均为人民币）。尽管加氢枪已实现国产化，价格方面似乎也更有优势，但仍有业内人士表态，现阶段会更倾向使用德国WEH Gas technology和日本日东工器NITTO KOHK的产品，原因在于其技术更精细，符合客户使用习惯。以德国WEH Gas technology、日本日东工器NITTO KOHK、日本龙野株式会社为代表的企业在加氢枪市场竞争中已夺得先机，国内安迪生和朗安科技两家公司虽实现加氢枪量产，但作为后起之秀，得到更多企业认可还有一段路要走。以下介绍德国WEH Gas technology、日本日东工器NITTO KOHK、日本龙野株式会社、安迪生和朗安科技5家企业的加氢枪产品：德国WEH Gas technology公司成立于1986年，专注于快速连接器和特殊接头的开发。目前，公司研发出适用于燃料电池汽车和卡车的高流量系列 WEH® 加氢枪， 产品集成旋转接头，适当的分离式联轴器可在意外展开时保护分配器，达到在自助加氢站上CNG燃料充装的安全标准。以公司TK17 CNG 型小型汽车用加氢枪为例，该产品依据 NGV1 标准设计而成，与WEH——TN1 型充氢阀配套连接在一起，直到容器的进氢阀与充氢阀之间压力平衡为止，保障操作人员安全。产品所有部件具备防腐性，并带有塑胶热保护罩。另外也可在软管回收时不产生氢体再循环，密封件与天然氢相兼容。日本日东工器NITTO KOHK成立于1956年10月，2015年启动燃料电池汽车的cupla业务。公司加氢枪产品在日本加氢站广泛应用，一套（加氢枪＋软管＋止断阀）约35万人民币。日本龙野株式会社成立于1911年，是世界第三大加油机制造企业。在看到加氢站的市场机遇后，投入研发了氢气加注机，并在国际上获得了广泛应用。目前公司产品有Hydrogen-NX LF型氢气加注机、Hydrogen-NX H型氢气加注机、Hydrogen-NX F型氢气加注机等多种类型。据公司相关负责人透露，目前公司加注机主要采用日本日东工器NITTO KOHK所产加氢枪，也自主研发加氢枪。安迪生成立于2008年3月，是厚普股份的全资子公司，致力于高压、深冷等行业相关的仪表、阀门、泵、自动化仪表及系统集成、整体解决方案的技术开发、生产、销售及服务。公司自主研发且具有完全知识产权的T633加氢枪满足《GB/T 34425》以及《SAE J2600》两个标准要求，合格完成了包括液压强度测试、气密性测试、手柄操作测试、循环寿命测试、连接件电阻测试等10余项测试，产品的密封结构能保证关键密封件寿命达到10万次。朗安科技成立于2011年9月，公司目前拥LA-HF16型和LA-HF25型加氢枪。其中，LA-HF16型加氢枪适用于加氢站的小型汽车（轿车）加氢，LA-HF25型加氢枪则适用于自助加氢站的公共汽车、巴士和卡车加氢。（来源：高工氢燃料电池）LA-HF16型加氢枪技术数据LA-HF25型加氢枪技术数据 ...
2020-3-3 11:29
技术前沿：氢燃料电池能净化空气，降噪系统已经开始应用
原定于3月3日开幕的日内瓦国际车展取消了，想看看今年最新车型和前沿技术的愿望只能延后，不过很多汽车科技已经在我们身边，今天给大家介绍一下氢动力、降噪等技术,并已经开始应用。氢电池能净化空气氢是一种环保、健康和可再生能源，氢燃料电池车以氢作为能源，利用氢反应产生出的化学能转换为机械能来推动车辆行驶。氢燃料电池车在行驶过程中没有燃烧过程，不会排放二氧化碳等有害气体，能够有效地减少大气污染和温室气体排放问题，对改善城市环境污染有着重要作用。氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。2013年，现代汽车集团推出了全球第一款量产氢燃料电池车途胜ix FCEV，2018年推出搭载第四代氢燃料电池的NEXO车型，可实现“加入氢、排出水”，还可以在行驶中净化99.9%的颗粒物、细粉尘和空气污染物，行驶一小时，便可净化约26.9公斤的空气。若有10万辆NEXO同时行驶一小时，能够净化供400万人一小时呼吸的空气。作为一款集世界尖端技术于一身的氢燃料电池车，NEXO为解决环保问题带来了新的可能，同时也是承载现代汽车前沿氢技术与绿色环保梦想的惊艳之作。降噪系统0.002秒反应噪音是污染之一，汽车发动机运行噪音、轮胎行驶的胎噪、汽车行驶的风噪从汽车诞生开始就困扰着我们。降噪也是一个热点话题，现代汽车集团联合韩国科学技术高等研究院开发出了首个道路噪声主动降噪RNAC系统。这一系统能够实时分析各类噪声并发射反向声波，能够极大降低车内噪音。简单来说，一般胎噪或发动机噪音0.009秒左右就能进入驾驶舱内，而RANC系统仅需0.002秒就能够准确分析噪声，并发射反向声波，从而在驾驶员座椅、副驾座椅和后排座椅等位置分别降低噪声。同时，RANC系统能够通过信号与传感器位置，针对不同路况、车速和座椅位置进行评估测试和分析，使得车内噪声降低3dB，相当于将噪音减少一半，现代汽车集团在制造汽车时使用更少的隔音部件和减震器，从而也降低了整车质量。高速公路上智控领航技术2.0允许驾驶员双手脱离方向盘驾驶辅助技术不但减轻驾驶员的疲劳，而且大幅提升了行驶安全。日产汽车的ProPILOT 2.0智控领航技术是首个将导航系统与无人工干预驾驶功能相结合的辅助驾驶技术。此项技术能够在高速公路上实现单车道巡航状态下的无人工干预驾驶，允许驾驶员双手脱离方向盘。同时，还能辅助驾驶员在高速公路多车道驾驶过程中进行超车及变道，直到按照预先设定的路线驶离高速公路。2016年，日产汽车推出了ProPILOT智控领航技术，先后搭载于日本、美国、中国和欧洲部分市场的车型上，ProPILOT智控领航技术能够与驾驶员协同工作，在车辆行驶过程中令驾驶者保持平和心态并有效缓解驾驶疲劳。搭载了ProPILOT 2.0智控领航技术的全新日产Skyline配备了5个摄像头（包括1个三焦点摄像头）、5个雷达和12个声纳，可采集车辆周围360度的实时信息。同时，该系统与包含了车道数量、车道交汇点、车道分岔点及交叉路口等信息的高清3D地图数据相结合，为驾驶员提供更加清晰的驾驶体验。（转自Auto观察者）
2020-3-2 16:13
氢云报告：我国氢能源汽车业发展的主要方向以及政策建议
氢能具有燃烧热值高、发电效率高、清洁无污染、储运便捷、来源广泛、利用形式多、安全性能好等诸多优点，而化石能源作为不可再生能源正日益枯竭，为此，世界各国已广泛开始氢能源研究，并积极实现氢能源产业化，尤其是加速应用于汽车产业领域。近年来，我国高度重视新能源汽车产业发展，为更好落实创新驱动发展战略要求，需要加快推进氢能源汽车产业相关技术的突破和创新。二、我国氢能源汽车产业发展存在的问题一是政策的不确定性。早期政策导向偏颇, 氢能源发展意识不足，导致资金过多投向金属电池汽车产业，氢能源汽车产业投资受到挤压。2017年实施的双积分制度，初衷是为了建立推动新能源汽车发展的长效机制，实现传统汽车降低油耗和扩大新能源汽车产销规模，但由于已有车企只需减少碳排放或者通过非法交易获得新能源积分，大多数传统企业没有动力转型氢能源汽车产业发展，而是将更多精力发展混合动力汽车或者纯电动汽车。二是技术的不确定性。虽然我国氢能源汽车产业技术上有了一定发展，但在制氢、储氢、燃料电池、加氢站、商业化等环节还存在明显短板。此外，供氢系统故障、冷却系统故障、燃料电池模块故障、燃料电池DCDC故障、辅助系统故障和绝缘故障等六大问题亟待解决。三是需求的不确定性。氢能源和氢燃料电池进入市场的时间和节奏、市场需求和欲望，依然不好把握，亟需政府进行干预以便保持稳定需求量。氢能源汽车当前存在产业链难以贯通的困境，特别是氢气供应仍然是制约产业发展的环节，常规的氢气产业运营模式暂时无法与新兴的燃料电池应用产品无缝衔接，安全轻便的储氢材料还没有出现，这使得氢能产品商业化进展十分缓慢。氢能与燃料电池技术突破、燃料电池成本下降不及预期，加上氢能知识普及缺失和不足，使得氢燃料电池和氢能源汽车市场化短期内没有达到应有效果。四是竞争的不确定性。由于竞争政策的设计和实施存在严重不足，原有企业和新进入市场者仍存在冲突。市场在位者往往投入大量研发成本，而新进入者则通过非法手段窃取技术专利或者在已有研究水平上搭便车进行更新换代，从而出现后来居上和打压原有市场在位者的情况，使得很多大型企业不愿意投入巨资研发，而是继续观望等待技术的突破或成熟，阻碍了氢能源汽车产业的发展。五是应用推广进程缓慢。在基础设施方面，配套仍比较落后。管网运氢大概只有400公里左右，加氢站至2018年底只有23座，世界排名第一的日本则拥有96座。在整车制造方面，生产数量依然十分有限。截至2019年，中国氢能源汽车产业集群达到60家企业，但是氢能源汽车产量不足3000辆。北上广深等大城市未能形成氢能源汽车产业集群，引领带动氢能汽车产业发展，产业只是集聚于张家口、常熟等中小城市。六是标准制定滞后。美国、日本分别在氢燃料电池技术标准和氢能源汽车标准上走在世界前端。我国相关政府部门管理权限分散，行业标准制定与认定的孤岛隔阂现象较为严重，导致氢能源产业技术标准单一、笼统、松垮和割裂，汽车行业、氢燃料电池行业、纯氢制备行业等领域的标准制定较为粗糙，产业国际话语权严重不足。4. 建立氢全产业链技术体系加快建立涵盖制氢、储氢、加氢、氢燃料电池、氢能源燃料电池汽车等关键环节的全产业链。一是研发大规模制氢的稳定途径。第一，推动中石化、中石油等综合能源公司加快发展集中式化石能源制氢技术，同时加强对碳捕捉和封存技术的研究，防止二氧化碳污染和一氧化碳中毒。第二，大力发展可再生能源制氢技术，充分利用生物质能、太阳能、风能、地热能等可再生能源。第三，探索利用核能水解技术，实现水制氢产业化、规模化。二是研发高效安全的储氢设备。我国储氢技术目前停留在物理法领域，因而经济性和安全性不足。未来应该加快转向化学方法储氢，即利用金属氢化物、无机物及有机液态氢化物储氢，真正解决储氢率低、充氢速度慢、放氢温度高的问题，实现储存、运输、加注的安全性、经济性和高效性。三是研发成熟高效的氢燃料电池技术。重点发展电催化剂技术、无铂催化剂技术、大功率质子交换膜燃料电池技术、先进膜电极组件技术、中低温固体氧化物燃料电池技术、基于氢燃料电池的系统集成技术等高新技术，积极探索再生式燃料电池、生物燃料电池等的研发。四是研发安全可控的氢运输工具。可考虑走“先商用车再乘用车”的技术路线，优先发展长续航历程的物流车、重载矿用卡车、客车、公交车，进而发展船舶、航天、航空等领域的运载器械，然后再大力发展私家车，逐步促进氢能源汽车产业的应用和发展。五是研发安全高效的氢基础设施。在加氢站方面，降低加氢站建设成本，同时提高安全性。可考虑将部分油气站改造成加氢站，鼓励石化企业进行加油加氢混合改造。在氢气运输方面，在国家成立独立的油气管道公司的背景下，利用已有的天然气和石油管道优势，建立专有的氢气长距离、大规模输送管线。在市场培育方面，基于氢能和燃料电池的成熟技术， 通过商业示范、试点等工程，逐步推动氢能和燃料电池技术的商业化。同时， 加大宣传普及力度，促进公众对氢能安全可靠、绿色低碳等优势的了解和认知。六是研发长远可靠的氢环保和安全技术。氢能本身绿色环保无毒无碳，但是在大规模石化燃料制氢过程中，以及氢气储运和氢燃料电池使用过程中，如果封存技术不当，仍会因为二氧化碳泄漏产生温室效应乃至遇火爆炸及破坏臭氧层等问题。因此，要加强与氢安全相关的氢检测传感器技术、潜在事故情景处理技术等的研究。（四）加大政策支持力度1. 加大氢能源汽车产业财税支持力度。根据实际情况，对整个产业链进行合理补贴，在技术研发、标准制定、购置税、加氢站等相关方面进行适当支持。2. 建立氢产业基金。建立国家氢能源产业投资基金，中央政府和地方政府领投，吸引大企业和慈善家参与，确保企业拥有足够用于产业研发、创新、生产的资金保障。3. 完善氢金融制度。银行方面，建立灵活优惠的贷款机制；股市方面，以科创版引领带动其发展；债市方面，支持涉氢企业发债。总之，通过政策性支持，积极推动氢能和燃料电池技术的产业化和市场化，形成具有国际竞争优势的战略布局，促进氢能源产业上下游产业链全面发展。4. 制定氢重大专项解决机制。建议设立国家重大专项来解决产业链中的重大技术装备和工程问题，如液态储罐70兆帕储 ...
2020-3-2 11:57
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