1 氢能源优势
氢元素原子序数为1，位于元素周期表第一位，常温常压下以气态存在，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源，具有以下特点：
1.1 资源丰富，来源多样
氢元素是宇宙中含量最丰富、最原始也最简单的元素，占宇宙总质量的75%，如果按照原子个数来计算的话，氢原子的个数占宇宙总原子数的90%以上，地球上氢元素提取后释放的热量超出地球上所有化石燃料放出的热量9000倍[1]。
氢气的来源多种多样，可以通过化石能源与水蒸气反应制备，可以通过生物质裂解或微生物发酵等途径制取；可以通过提取石化、焦化、氯碱等工业副产气获得；甚至可以通过电解水来制取。
1.2 灵活高效，经济环保
氢气单位热值高（40kWh/kg），是同质量汽油、柴油、天然气等化石燃料热值的2.8~4倍；另外氢气的转化效率也远超其他燃料，通过燃料电池氢气可达到85%的能源综合转化效率，而常规的汽柴油发动机能源综合转化率在30%~40%之间，理论上氢气取代汽柴油作为汽车驱动能源有较好的经济效益。
对比化石燃料氢燃烧时更清洁环保，不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，只生成水和少量氮化氢。生成的水无毒无害且没有腐蚀性。另外氢燃料电池也没有内燃机的噪声污染隐患。
表1
序号燃料热值热值kwh/kg
市场价格
元/kg
单位价格热值
kwh/元1柴油12 4.9 2.45
2天然气13.8 3.4 4.0
3汽油13.3 5.6 2.32
4氢气4012 3.3
1.3 应用范围广，可存储
氢能应用范围相对广泛。可以为炼化、钢铁、冶金等行业直接提供热源、减少碳排放；可以用于燃料电池降低交通运输对化石能源的依赖；可以应用于分布式发电，为家庭住宅、商业建筑等供电供暖；甚至氢能可以作为风力、电力、热力、液体燃料等能源转化媒介，实现跨能源网络协同优化 [2]，氢能作为一种良好的能源载体用做期性能源调峰媒介，可以更经济地实现电能、热能的长周期、大规模存储，解决弃风、弃光、弃水问题[3]。
2 氢能源利用面临的问题
氢能利用有优势但也面临许多困难。氢能使用基础配套和场景不健全，优质环保的氢源供应能力不足，储氢输氢的成本高等困难都制约氢能的推广利用。
2.1 氢能源的应用方向
氢能源的主要开发利用方向是新能源汽车。氢燃料电池能量密度高，是锂电池的 120 倍左右，续航
能力优秀，一次充满不足5min，行驶距离可达到400km。而目前应用最广泛的锂电池新能源汽车，一次充电7h，最大行驶距离300km，续航能力远没有氢燃料气汽车优秀。但是氢能源汽车受限于当前
氢能源利用现状及发展方向
宋泽林
山东汇丰石化集团有限公司生产管理部 山东 淄博 256400
摘要：氢能作为一种清洁能源受到越来越广泛的关注，目前我国氢能源利用正处于概念培育和市场倒入期。重点梳理了氢能源的优缺点生产、存储方面的技术瓶颈，结合国家政策引导方向分析了氢能源利用方向的场景。
关键词：氢能源 燃料电池 能源互联 清洁低碳
Utilization status and development direction of hydrogen energy
Song Zelin
Production Management Department of Shandong Huifeng Petrochemical Group Co.，Ltd.，Zibo 256
400 Abstract：As a kind of clean energy，hydrogen energy has attracted more and more attention. At present，the utilization of hydrogen energy in China is in the period of concept cultivation and market introduction.This paper focuses on the advantages and disadvantages of hydrogen energy，as well as technical bottlenecks in production and storage，Combined with the national policy guidance direction，the scenario of hydrogen energy utilization direction is analyze。
Keywords：hydrogen energy；fuel cell；Energy interconnection；Clean and low carbon
技术和配套的供氢网络短时间无完全替代锂电池汽车。近期最好的利用方式是2种新能源汽车互相补充，乘用车以技术和网络成熟纯电动汽车为主，而货物运输车、城市公交车、长途卡车则更适合应用氢燃料电池汽车。
氢能源在作为交通能源的同时也可以利用其作为能源媒介的优点，把弃光、弃水、弃风等能量转化为可储存可输送的氢能加以利用，每年至少能生产500万t氢气，足够满足100万辆氢燃料电池使用。
2.2 氢能源获取面临的问题
氢气能源储量丰富，但不是所有的氢气都能高效环保的利用，李毅部长曾说过“灰氢不可取，蓝氢可以用，废氢可回收，绿氢是方向” [4]。制氢方式及其优缺点见表2。
石化企业制氢方式主要有2种：一种是传统的炼厂干气、天然气化石燃料制氢；另一种是重整和
化工装置富产氢气。
化石燃料制氢每生产1kg氢要伴生5.5~11kg的二氧化碳，变压吸附（PSA）脱附气中的二氧化碳通过捕集、埋存、转化利用可避免大量二氧化碳排放，但成本较高。电解水制氢和生物质气化制氢也符合环保要求，但成本高昂，技术不够成熟短期内很难广泛应用。所以随着石化企业化工转型升级工作的推进，回收利用化工富氢气体中的氢气将是获得优质氢气资源的主要方法。
2.3 安全可靠的储氢和输氢方式
氢能源使用是未来的趋势，但是目前缺少安全可靠和经济的储氢输氢方式。我国当前商用车运行量大概有2000辆。乘用车每年平均消耗氢气150kg，载重7.5t物流车平均每年消耗氢气2000kg，城市交通客车平均每年消耗氢气4000kg氢，载重50t的卡车平均每年消耗氢气高达10t。按照规划2035年我国氢燃料电池汽车数量将达到100万辆，氢气消耗量约500万t/a。自重30t的20MPa长管氢气拖车，每次只能运输300~350kg，储氢能力1%（质量分数）。百公里氢气运输成本5元/kg，输送距离超过200km用氢成本增涨一倍，如果转型为30MPa、50MPa拖车，充装成本也大幅增加。
低温液态储氢（-252.7℃以下）液化氢气成本高（约占氢气能量的40%）且关键部件依赖进口，建设周期较长。
固态储氢材料的储氢密度是相同温度压力条件下气态储氢的1000倍左右，而且吸放氢速度适宜，具有高度的安全性 [5] 。合金储氢材料、碳质储氢材料、络合物储氢材料、理论储氢能力分别是1.8%~3.8%、6%~12%和5.5%~21%（质量分数）
3 展望
氢能源利用的场景和氢能利用的技术需要很长的时间去开发完善。但是可以肯定的是氢燃料汽车首先会在港口、物流中心和城市绿公交方面推广应用。受限于储氢和输氢技术的制约，氢能源使用场景与氢源点经济距离≤100km，石化和氯碱等企业周边会成为氢能利用的首选地。
4 结束语
以化石燃料为能源是不可持续的，化石能源时代向绿能源时代转变是历史必然趋势，氢能作为储量最丰富的绿能源势必成为开发利用的焦点。从战略的角度长远考虑，氢能利用要早介入早开发，才能在氢能商业化时占据优势。
参考文献
[1] 王学军，张永明，宇宙元素驱动氢能经济 [J].氯碱工业，2019，55（10）：76.
[2]刘思明. 我国氢能源产业发展前景浅析[J]. 化学工业，2018，36（5）：16 -18.
表2 当前制氢方式及其优缺点
制氢方式 优点 缺点 备注
化石燃料制氢 技术成熟、成本低、适合大规模制氢 排放量高、气体杂质多需提纯 我国现阶段氢气主要来源
含氢尾气、副产氢回收 成本低、来源广泛、提纯技术成熟、回收过
程碳排放量低、环境友好、适合大规模制氢
提纯工艺相对复杂
我国氯碱工业、焦炉煤气副产氢
资源丰富
水电解制氢 技术成熟、产氢杂质少、电力资源丰富、制
氢过程碳排放量低、环境友好
能耗高，有能量损失、成本较
高、减排效果受电力来源结构
影响
利用核能、风能、水能、太阳能
等可再生能源，水电解制氢将清
洁无排放
生物质气化制氢、光解水制氢 环境友好、原料丰富
尚未实用化、转化率低、成本
高
还处于科研阶段
（下转第32页）
由图3可知，在不改变各段取热量的前提下，在固定汽油采出量时，调节柴油与燃料油采出量对油洗塔塔顶塔釜温度的影响。通过将柴油采出量逐渐下调，塔内中下段至塔釜的液相组成变轻，塔釜温度急剧降低，因为汽油采出量未发生变化，所以油洗塔的中上段液相组成未发生明显变化，塔顶温度几乎不发生变化。原料轻质化后燃料油与柴油的含量发生了改变，按照之前的燃料油采出量进行采出操作，势必造成柴油产品下移，是造成塔釜温度降低的主要原因。
（a）塔釜温度/℃
（b）塔顶温度/℃
图4 汽油/柴油采出调配对油洗塔塔釜与塔顶温度的影响
由图4可知，在固定塔釜燃料油采出量时，调节汽油与柴油采出量分配比对油洗塔塔顶塔釜温度的影响。通过增加塔顶汽油采出，塔顶温度出现明显升高，而塔釜温度虽有升高，但上升较慢。主要因为柴油上移至塔顶采出后，油洗塔的中上段液相变重，所以塔顶温度会急剧升高。同时，柴油组分
的上移会进入到水洗塔中，形成油水乳化严重的现象。
2.3 增设油洗塔中间取热
表6中Q 1为从急冷油塔塔釜移除的热量，Q 3为从急冷水塔移出的热量，L 为急冷油塔顶回流量，Q 2为假设在现有急冷油塔DA-101增设中间取热器移出的热量。可以看出，通过增设急冷油塔中段取热，可以有效降低塔顶汽油回流量和急冷水塔的取热负荷，不仅可以起到回收高品位热能的作用，还可以降低急冷系统的操作费用。
表6 乙烯装置老区急冷系统在两种工况下的热量移出对比
模拟工况Q 1(106
kcal/h)Q 2(106 kcal/h)Q 3(106
kcal/h)L (kg·h -1)
无中间取热
14.32088.32314459有中间取热
14.32
5.91
82.41
氢能汽车223000
3 结束语
鉴于以上对乙烯急冷系统操作参数变化的分析，同时结合目前燕山老区乙烯急冷系统非正常工况的运行特点，本文认为优化操作的主要方向为：
1）目前油洗塔塔釜的取热量因为塔釜温度偏低已经降低，所以只能通过逐渐减低塔釜燃料油的采出量，增加柴油采出量，以促使塔釜釜温回升。
2）如果油洗塔塔釜温度温度无法回升，需要增设油洗塔中段取热，以降低水洗塔取热量和汽油回流量。
3）调整时，柴油采出增加量要大于燃料油采出减少量，用以降低汽油中的重组分，以降低塔顶温度，同时减少进入水洗塔的柴油量，消除油水乳化现象。
参考文献
[1] PRO/Keyword Input Manual[M]. Simulation Science Inc，1992.
[2] Ba A，Eckert E，Vaněk T. Procedures for the selection of real components to characterize petroleum mixtures[J]. Chem Pap，2003，57(1)： 53-62.
[3] Saeedmanesh A，Mac Kinnon MA，Brouwer J.
Hydrogen isessential for sustainability[J]. Current Opinion in Electro-chemistry，2018，12：166 -181.
[4] 李毅中，《灰氢不可取，蓝氢可以用，废氢可回收，绿氢是方向》，中国电动汽车百人会
[5 ] 刘永锋，李超，高明霞，等.高容量储氢材料的
研究进展[J].自然杂志，2011，33 （1）：19-26．
作者简介
宋泽林（1986.11-）男，汉族、山东省、淄博市、山
东汇丰石化集团有限公司、助理工程师、学士、研究方向：石油化工及能源管理。
（上接第70页）
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