周麓波-霍尼韦尔工业副产氢提纯要用PSA、变压吸附等技术做到经济核算

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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