在濟(jì)南市萊蕪區(qū)泰山鋼鐵集團(tuán)的廠區(qū)外，有一座加氫站，是全國第一座鋼鐵行業(yè)副產(chǎn)氫純化管道供氫加氫母站。它“吸”進(jìn)煉焦副產(chǎn)煤氣，“呼”出純度高達(dá)99.999%的燃料氫，成為全省氫能利用樣板項(xiàng)目。目前，這家民營鋼企正與科研機(jī)構(gòu)合作，準(zhǔn)備用城市固廢制取成本更低的氫能源，“以氫代煤”煉鋼，運(yùn)輸逐步用氫能汽車，開展氫能示范應(yīng)用。
我省“十強(qiáng)產(chǎn)業(yè)”行動(dòng)計(jì)劃提出，要推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)突破。按照問題導(dǎo)向、需求導(dǎo)向原則，聚焦氫能、儲(chǔ)能等重點(diǎn)領(lǐng)域，引導(dǎo)和支持優(yōu)勢(shì)企業(yè)單位加強(qiáng)關(guān)鍵領(lǐng)域和薄弱環(huán)節(jié)技術(shù)攻關(guān)。記者以泰山鋼鐵集團(tuán)為樣本，進(jìn)行了蹲點(diǎn)調(diào)查。
“與氫共舞”15年
在加氫站的西南角，管道延伸到鋼廠內(nèi)部。這個(gè)全流程煉鋼企業(yè)每小時(shí)都會(huì)產(chǎn)生5萬立方米的煉焦副產(chǎn)煤氣，俗稱焦?fàn)t煤氣。“里面氫的含量在52%左右，還有一氧化碳、甲烷等其他成分。”加氫站站長李學(xué)震一邊巡檢一邊介紹，這些粗細(xì)不一的管道和高高低低的罐體，是與加油站、加氣站最大的區(qū)別，這套復(fù)雜的設(shè)備是工業(yè)廢氣變成清潔能源的關(guān)鍵一環(huán)。
事實(shí)上，這家鋼企制備氫氣的歷史已有15年，之前是在軋鋼過程中作為退火保護(hù)氣來用。“退火就是降溫硬化，來改善產(chǎn)品的組織，通常就是用氫氣。”泰山鋼鐵集團(tuán)技術(shù)研發(fā)中心副主任任來鎖長期與氫氣打交道，最初，他們用液氨分解制氫，這種危化品氣味刺鼻，一旦泄漏危害極大。2007年，泰山鋼鐵進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)，引進(jìn)了國外的先進(jìn)裝備，這條新式冷軋生產(chǎn)線，需要純度在99.99%以上的氫氣作為退火保護(hù)氣。
“我們當(dāng)時(shí)決定放棄液氨制氫的老路，從焦?fàn)t煤氣里提取氫氣。”任來鎖說，他們投資上馬了省內(nèi)第一個(gè)制氫站，將煉焦副產(chǎn)煤氣通過變壓、吸附，產(chǎn)出氫氣，每小時(shí)產(chǎn)量可達(dá)1500立方米。而此前這些工業(yè)廢氣大多一燒了之，最多用來發(fā)電。實(shí)現(xiàn)資源化利用后，替代了高風(fēng)險(xiǎn)、高成本的液氨分解制氫，也降低了碳排放。這個(gè)制氫站穩(wěn)定運(yùn)行至今，積累了大量氫氣制備、使用、維護(hù)等相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。
構(gòu)建氫能供給“局域網(wǎng)”
近兩年，氫作為新能源異軍突起，山東在國內(nèi)率先出臺(tái)省級(jí)層面的氫能產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃，并在2021年聯(lián)合科技部實(shí)施“氫進(jìn)萬家”科技示范工程。“與氫共舞”十多年的泰山鋼鐵，深知新技術(shù)、新能源的價(jià)值。“從大趨勢(shì)來說，氫能是重要方向。我們有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，努力創(chuàng)造氫氣的使用場(chǎng)景，像廠內(nèi)物料轉(zhuǎn)運(yùn)、原料和產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)龋氏茸饕恍?shí)驗(yàn)和嘗試。”泰鋼集團(tuán)黨委書記、董事長王永勝認(rèn)為，氫能的春天來了，泰鋼有經(jīng)驗(yàn)、有資源、有技術(shù)，經(jīng)過多次論證，決定再一次“吃螃蟹”。在工業(yè)制氫的基礎(chǔ)上，投資近6000萬元建設(shè)加氫母站，采用“前站后廠”的模式，進(jìn)一步延伸氫氣產(chǎn)業(yè)鏈，提高工業(yè)廢氣的附加值。從源頭破解氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展瓶頸，面向周邊城市構(gòu)建氫能供給“局域網(wǎng)”。
“雖然都是氫氣，但工業(yè)氫氣和車用氫氣完全不是一個(gè)概念。”任來鎖介紹，按照2011年的國家標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)氫氣只是分為純氫、高純氫和超純氫，對(duì)總烴、總硫、甲醛、甲酸、氨、總鹵化物、顆粒物濃度等都沒有規(guī)定。用于軋鋼時(shí)，這并無大礙。但用于汽車，這些“雜質(zhì)”會(huì)直接導(dǎo)致質(zhì)子交換膜燃料電池“中毒”，成為“致命殺手”。因此，2018年的車用氫氣標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水分、氧、氮等15項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了具體規(guī)范，2021年增加到16項(xiàng)。
在泰鋼加氫母站的腹地，成群的罐體通過粗細(xì)不等的管道連接。“這是純化吸附塔，每個(gè)塔內(nèi)的填充料都不同，濾除不同的元素。”任來鎖解釋，純化原理和凈水器類似，靠十幾種“濾芯”把氫氣里面的各種“雜質(zhì)”過濾掉。
“我們采用兩級(jí)純化，一級(jí)純化篩掉氮、甲烷、顆粒物等成分；二級(jí)純化進(jìn)一步對(duì)燃料電池敏感的元素成分精準(zhǔn)脫雜，確保十多項(xiàng)指標(biāo)都符合國家標(biāo)準(zhǔn)。”任來鎖表示，從氣體中剔除十幾種雜質(zhì)，難度很大，因此采用了兩級(jí)純化的工藝“雙保險(xiǎn)”。但更難的是檢測(cè)，具體的含量參數(shù)控制在國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，就好比一個(gè)人站在大型地磅上稱體重。
在輸氫管道上，分出一根細(xì)小的取樣管，工作人員打開閥門，氫氣就流入取樣容器內(nèi)，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，能夠?qū)崟r(shí)在線獲得車用氫氣的各項(xiàng)指標(biāo)。這樣一個(gè)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室耗資數(shù)百萬元。作為密度最小的氣體，每千克氫氣的體積為11.2m³，必須壓縮才能方便儲(chǔ)存。在進(jìn)入加氫機(jī)之前兩級(jí)加壓，在35兆帕高壓下，氫氣的體積縮小到原來1／343。除了直接為汽車加氫，還可以通過長管拖車輸送到周邊的加氫站。
下游企業(yè)紛至沓來
加氫母站投產(chǎn)時(shí)，中國重汽等三家車企向泰山鋼鐵提供了10輛氫能源重卡，進(jìn)行試運(yùn)營，驗(yàn)證相關(guān)數(shù)據(jù)。以中國重汽的C7H重卡為例，6個(gè)氫瓶8分鐘注滿，續(xù)航可達(dá)420公里。“按照目前的政府指導(dǎo)價(jià)每千克35元，氫燃料成本和柴油基本持平。”任來鎖說，但氫能源汽車的購置成本太高，大約是純電動(dòng)重卡的2倍、柴油重卡的4倍。“純算經(jīng)濟(jì)賬，目前還是沒賬算。”
這個(gè)加氫母站建成之后，產(chǎn)業(yè)鏈下游企業(yè)紛至沓來。“找上門的不下十家單位，包括LNG運(yùn)輸企業(yè)、新能源車企等。”任來鎖表示，目前一天可供應(yīng)車用氫氣2噸，滿足100多輛車的加氫需求，年產(chǎn)能為750噸。根據(jù)市場(chǎng)需求，后期可提高到2萬噸。
王永勝介紹，為低成本、規(guī)模化供氫，目前正與浙江中科應(yīng)用技術(shù)研究院合作，用城市有機(jī)固廢制備氫氣，每年能“吃進(jìn)”10萬噸垃圾，“吐出”2億立方米氫氣，成本降到20元/公斤左右。同時(shí)，與中國鋼研集團(tuán)聯(lián)合成立氫能研究院，建設(shè)30萬噸氫冶金項(xiàng)目，研究“以氫代煤”煉鋼鐵，在提升冶煉效率的同時(shí)，大幅降低能源消耗和碳排放。依托加氫母站，還將陸續(xù)投運(yùn)氫能源汽車，開展氫能重卡示范應(yīng)用，探索大宗物品清潔、綠色運(yùn)輸?shù)男侣窂健?/div>
