中科富海宁永强：1.5吨/天氢液化器已完成 预计2021年安装调试

7月14日，一场在网络研讨会上，宁永强从理化所与中科富海的背景、氢的大规模储运与成本分析、液氢的优点及成本分析、氢液化关键技术及设备、理化所与中科富海氢液化技术等五个方面进行了分享。

（来源：微信公众号“势银能链” ID：energylink）

液氢储运具有一定的经济性

宁永强介绍，氢最大的问题在于储运，目前国际上常见的储运方式主要有三类：氢气管道、压缩氢气以及液化氢气。

氢气管道造价较高，且因特殊性无法埋于地下，因此成本较高；在国内，氢气管道的铺设、审批规划上存在一些问题，因此氢气管道在我国发展较为缓慢。

压缩氢气是目前运用最为广泛的一种储运方式，但也存在短板，即运氢车的载货量不大，效率较低，因此氢气的运费居高不下。

而液化氢气在储运领域具有其独到的优势，可大规模收集廉价氢气再大规模运输到下游终端应用，而且液氢具有一个其他能源不能替代的用途，即可运用于航天等领域。

宁永强表示，不少产业人士认为氢气价格较高，因此一直在呼吁降低氢气价格，从最初的每千克40元以下、35元以下到每千克25元以下。同时，不少人认为在液化成本这一块，液氢的制作成本高。

但是总体来看，液氢的运输成本却低于其他储运方式，因此液氢储运是具有一定的经济性。

结合气氢与液氢的多方面来看——

首先，长管拖车作为高压氢气的运输容器，不去谈介质问题，本身就存在压力风险；但液氢槽车却不存在这些问题，因为液氢处于一种低压或常压的状态。

其次是装载量，液氢槽车的装载量远大于长管拖车，因此液氢槽车可能只需运输一次的量，长管拖车可能要运输8次，这就导致气氢运费提高。

再者，长管拖车在充装时需采用模压机，加上温度升高现象，因此充装时间较长，需4-8小时，卸载时间也是如此；而液氢槽车却不存在这种情况，因此时间较短，30-60min左右即可完成。

最后，长管拖车在加氢站进行卸载时，因为模压机的吸压力一般为5MPa以上，因此长管拖车内的氢气可能会残留30%左右（最高可达40%），性价比较低；反观液氢，槽车内只留3%的液体，储罐没有复温就可以回去继续充装运输。

值得一提的是，液氢加氢站用地可以很少，因为可采用立式储罐，兼之结构紧凑，从而减少空间，相较于高压储氢加氢站可节约1/3的用地空间。

宁永强认为，发展液氢加氢站对于我国是具有一定意义的，因为我国发展燃料电池汽车快的地方均为经济发达、人口稠密，商业用地价格较高，如果能够节省1/3的用地面积，那这1/3的用地成本或许可以把所有建站成本抵回来。

液氢成本价格具有一定竞争力

宁永强介绍，燃料电池车用氢气的纯度要求为99.97%，要低于工业用氢标准的高纯氢（99.999%），但是后者的杂质要求（硫、一氧化碳等）却不比前者严格。

由于我国氢气多是工业副产氢、煤炭制氢等，因此氢气内含有一氧化碳等杂质，导致多数人不敢轻易使用这类氢气，而通过氢液化，所有杂质会被固化，因此可以过滤掉。

即使有少数无法过滤，也会慢慢沉淀或溶解，在使用液氢时进行气化，这些杂质是无法随着液氢气化，且气化后的氢气纯度可达到99.9999%，因此液氢可完全满足燃料电池车用氢气要求。除却除杂外，氢液化还可有效降低用氢成本。

宁永强表示，我国有大量的廉价氢气且规模大（比如工业副产氢、甲烷脱氢等），通过氢气液化将其储存起来，再运输到没有廉价氢气的地方。这种解决方案，需要有氢能重卡，实现以氢运氢、降低运费、扩大用氢规模。

中科富海曾通过自主研发的1.5吨氢液化装备参数对氢液化成本进行测算。在该测算中，综合了制氢成本、运输成本以及加氢成本等，最终得出氢价在38元左右。宁永强认为，这个价格具有一定的竞争力。

两种主流氢液化关键技术及装置

在研讨会上，宁永强讲解了两种主要的氢液化装置及技术。

一种为1.5吨氢液化装置，采用的是氦循环制冷流程，能耗相对较高（15-20度电/kg），氢液化能力可以达到2吨半，灵活性较高，可适用于小型工业装置。

另一种则是5吨氢液化装置，采用氢循环制冷流程，由于没有氦气介入，因此该装置的能耗较低，为6-10度电左右，氢液化最大可达100吨，可用于大型工业装置，但是建设周期长且投资较高。

值得关注的是，中科富海、理化所等国内10家单位承接了2020年科技部重大专项，要打造一个5吨/天的氢液化装置及配套设施（加氢站、槽车等）。

宁永强表示，无论是氢循环还是氦循环，都有共同的关键技术——

透平膨胀机：国内掌握较少，国际生产该装置的厂家不多但却对我国严格封锁，只可购买不可合作；当我国开始制造时，从国外购买难度提高；尤其是5吨以上的，更是严格受控，属于战略技术。

低漏率换热器。

正仲氢转化：因为液氢属于混合物，其中含有正氢和仲氢，正氢向仲氢转化是一种自发现象，在转化过程中会放热，从而导致液氢蒸发；因此需要减少液氢中的正氢含量，向将其转化为仲氢；目前国际上通行的标准是，合格的液氢产品中，仲氢含量应达到95%以上。

高效氢压缩机：我国过去在这一块还很薄弱，但现在在理化所和中科富海等支持下，国内很多厂家也开始了这方面的研究并取得了不俗成就，其效率均接近国际比较领先的企业的产品。

高效滤油装置：由于压缩机内部含有油，因此需要比较精密的滤油装置，将油含量降低到PBB级，以免污染整个装置，造成堵塞。

氢安全系统：包括氢探测、火焰报警等。

在液氢储运其他装备及技术方面，宁永强主要讲解了大型液氢球/储罐、高效液氢转注系统及液氢道路运输储罐/箱。

据他介绍，大型液氢球罐在国内还没有，因为国内液氢产量较低且用量不大。但随着国内液氢产量、用量的增加，将会需要掌握此项装备技术，目前科技部有往这方面研发。

目前，高效液氢转注系统在国内主要是军方拥有，费用较高，民用化、商用化还需要进一步的努力；液氢道路运输储罐/箱目前在国内有厂家正在研究。

理化所及中科富海的氢液化技术

在研讨会上，宁永强为大家展示了中科富海的核心技术——高转速气体轴承透平膨胀机、氦制冷机（氢液化器）、BOG提氦装置等。

宁永强表示，中科富海和理化所是国内商业化、系列化、产业化做的较好的企业，可以算是国内较为领先的企业，且接近国际水平。

其中，氦制冷机集结了上文所说的六大关键技术，可以进行氢液化、氦液化（可为医院核磁提供液氦等）。

最后，宁永强讲解了1.5吨/天氢液化器的流程，并分享了中科富海和理化所自2017年以来做的液氢工作——

2017年，开始研发首套1.5吨/天氢液化器，2019年完成，预计2021年安装调试；

2019年，承接北京市科委5吨/天大型氢液化装置磁浮轴承氢透平膨胀机研发项目；

2020年，承接科技部新能源液氢专项，打造5吨/天氢液化工厂及其配套设施；

2021年，申报广州省新能源液氢项目，与其他企业进行合作，打造氢液化示范工程项目。