| 燃料电池汽车加氢站示范工程建设技术方案研究 |
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作者：佚名 文章来源：本站原创 点击数： 更新时间：2007-1-15 21:55:31  |
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1前言
我国燃料电池汽车(FCB)虽然刚刚起步，但在政府的能源、环保战略重点和北京绿色奥运、上海世博会的推进下，其发展速度在不断加快。目前，除国家863项目自主研制的燃料电池汽车将很快进入道路试验外，联合国发展计划署一全球环境设施基金(UNDP一GEF)组织资助的燃料电池公交车示范项目也将开始实施，中国的示范车计划共有12辆FCB，分别在北京和上海开展。
2004年5月25日，在‘国际氢能论坛2004”开幕之际，中国科技部与戴姆勒一克莱斯勒公司正式签署了燃料电池公共汽车采购合同。此次合同的签署，使我国成为GEF/UNDP支持的5个燃料电池公共汽车示范项目”中第1个成功招标的国家，同时也是发展中国家第1个即将开始燃料电池公共汽车示范运行的国家。预计2005年9月，人们在北京将有机会乘坐燃料电池公共汽车。
目前，燃料电池汽车技术还处于研究、开发和示范运行阶段，在车辆系统技术、加氢设施、车辆储氢、制造成本、运行经验、标准和法规等方面，还有大量问题需要系统地考虑和解决。这就需要政府、企业、研究机构和各国政府之间的紧密合作。因此，开展示范加氢站建设的技术方案研究己显得十分必要。
2加氢站类型的选择
2.1国外加氢站类型
目前，国际上己经建成或正在建设的示范加氢站近70座，可分为离站制氢(Off-site)和站制氢(On一site)两类，其中采用离站制氢方式的约占40%、采用站制氢方式的占47%，其余部分不明。
2.2上海加氢站类型的气源
上海现有的氢气主要来源于华谊集团(氯碱化工、焦化、合成氨)、宝钢(宝氢气体)、石洞口煤气厂(石脑油重整)、吴淞化工厂(上海BOC)、上海炼油2加氢站类型的选择
2.1国外加氢站类型
目前，国际上己经建成或正在建设的示范加氢站近70座，可分为离站制氢(Off-site)和站制氢(On一site)两类，其中采用离站制氢方式的约占40%、采用站制氢方式的占47%，其余部分不明。2.2上海加氢站类型的气源
上海现有的氢气主要来源于华谊集团(氯碱化工、焦化、合成氨)、宝钢(宝氢气体)、石洞口煤气厂(石脑油重整)、吴淞化工厂(上海BOC)、上海炼油2.2.3焦化总公司
是一家生产煤气和其他煤化工产品的企业，该公司德士古合成气经过变压吸附装置可生产副产氢气，目前氢气量约5300Nm3/h，年产氢气约3500t，氢气纯度达到99.9%(体积)以上，含有微量CO。通过增加1台变压吸附塔，还可以进一步提高氢气产里。
2.2.4上海宝钢
工程设备配套中拥有2套制氢装置，均为德国进口设备。厂区2030冷轧配有电解制氢可达600 Nm，/h，1420冷轧配备有焦炉煤气吸附(PsA)制氢可达300ONm3/h，制氢能力合计为3600Nm3/h。除满足宝钢内部最大用氢量之外，还有1 ZOON耐/h的富裕氢气可供应市场。于2004年底投产的宝钢股份1800汽车板项目配备300ONm3/h的PSR制氢，纯度达到99.999%，届时，宝钢副产氢气的富裕量将更大。为此，宝钢集团公司成立了上海宝氢气体工业有限公司，为宝钢的全资子公司，负责宝钢氢气的充填和销售，可以供应99.99%纯氢、99.999%高纯度氢气和液态气体。
2.2.5规划中的上海化学工业区
华谊集团下属的天原集团将兴建1套25万t/a离子膜烧碱装置，该项目计划于2005年建成投产，可进一步增加高纯度氢气的供应量。
上海现有可供利用的氢气约5.0 x IJN耐/h，可满足2010年前发展燃料电池汽车的需求，而且相当部分的氢气没有得到合理利用。因此，2010年前上海加氢站类型应选择利用工厂富裕氢气并通过气体压缩运输的离站制氢(Off-site)型加氢站。
3离站制氢(Off-site)型加氢站建设的技术方案
3.1副产氢气加氢站系统的基本构成
氢源(输送或站制氢)、压缩机、中间储氢罐、加注器，此外还有高压阀门组件和安全及控制系统。其工艺流程贝图1。
3.2加氢站的主要设备及系统集成
高压氢气加氢站的主要设备包括:大容量(300Om，)高压氢气管束车、无油隔膜式氢压机(输出压力40 MPa，容量50一100 Nm，/h)、加气站高压储氢瓶组(总容积3 000m，，耐压44MPa)、高压氢气加注枪(压力一温度传感、加注喷嘴、质量流量计、安全控制)、高压氢气专用阀件和泄漏检测报警装置等。目前，我国尚未具有上述设备的制造能力，也没有高压氢气加气站的系统集成经验，因此必须吸收国外的经验，通过国内外合作承担首座加氢站的设计、设备选型、系统集成与运行管理等，以掌握氢气加气站成套技术，并与国际标准体系接轨。
3.3工艺流程
加氢站有2种氢气压缩加注方案:一种是分级充气，这是传统的压注方式，为了使车载储氢瓶内压力达到35 MPa，加氢站储氢罐的压力需要高达40-45 MPa才能获得快速加气。另一种是增压压缩，此时，加氢站中间储氢罐的压力可以比较低(例如25 MPa)，用此氢气对车载储氢瓶部分冲压后，启动增压压缩机，使车载储氢瓶达到35 MPa。采用前一技术的优点是加气速度快，站的利用率高;而后一种技术可以降低加氢站储氢罐的耐压级别，同时可以降低加注成本。但为了达到快速加气，压缩机的容量要求更高，当系统维修保养时，要么停止加气，要么增加1台备用机组，使设备投资大大增加。我们建议采用前一方案。
目前，国外的车载储氢瓶充气压力为35MPa，而国内仅巧MPa。但是，为了提高车辆的续驶里程，同时更好地与国际接轨，提高车载储氢瓶的充气压力是必然的趋势。根据车载储气瓶的使用压力(20一35MPa)，加气站缓冲储氢瓶的储气压力需要30~45 MPa，压缩机必须具备相应的能力。
3.3.1方案1—加氢站设在企业附近
将工厂压力为巧MPa的氢气，直接进入螺杆式压缩机一级进口进行压缩，由一级出口经过换热器降温，再经过除油器除油后，进入下一级压缩进口，直至压力达到45 MPa，经过冷却和除油后，直接对车载储氢瓶充氢气。压缩机运行时所需的冷却水，由配套的循环冷却水塔提供。氢气压缩机可选用小型机组，设备管道的置换用氮气(可采用管道氮气)。图1为方案1加氢站的工艺流程简图。采用此方案具有以下优点:投资省，建设速度快，无须征地，适合目前我国所处的燃料电池汽车的个体示范阶段;公用工程水、电、气可以利用厂里现有设施，氢气压缩机可选用小型机组;运转费用低且便于管理，由于氢气的危险性，可以充分利用制氢工厂的工程技术人员和操作工的管理经验，避免操作不当引发事故。缺点是车子加氢在厂内，可能会即卞运路线较远。
3.3.2方案2—加氢站设在主运路线旁
将工厂的氢气，直接进入螺杆式压缩机一级进口进行压缩，由一级出口经过换热器降温，再经过除油器除油后，进入下一级压缩机进口，直至压力达到20一30 MPa，经冷却和除油后，直接充装高压氢气钢瓶集装架。高压氢气钢瓶集装架是由9一12只压力为40 MPa、容积为300L的氢气钢瓶组成的固定储气设备。高压氢气钢瓶集装架由专用车辆送到加氢站，在加氢站内通过增压压缩的方法对车载储氢瓶充氢气。压缩机运行时所需的冷却水，由配套的循环冷却水塔提供。氢气压缩机宜选用小型机组，设备管道的置换用氮气，可采用钢瓶氮气。采用此方案具有以下优点:主运路线的选择不受影响，加氢站设在主运路线附近，加氢方便，同时选用20一30 MPa的高压氢气钢瓶集装架，可以提高大型氢罐车的运送能力。缺点是投资较大，运转费较高。
4建议
氢燃料电池汽车在国内还刚刚起步，尤其对加氢站的建设方面是一片空白，建议政府各部门加强联系和合作，仲本枯太方案存牢际律设中得以验证。
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