在加氢站内进行小型橇装天然气制氢具有占地小、高效环保和节约成本等优点。分析了小型橇装天然气制氢工艺的技术优势，以我国 2021 年成功建造的首套250 m3/h橇装天然气制氢装置为例，总结了橇装天然气制氢加氢一体站的工艺技术现状，对比了国产橇装天然气制氢装置与国外同类产品的技术参数，并对我国橇装天然气制氢的发展趋势进行了预期。佛山明城综合能源站是我国首座使用橇装天然气制氢的加氢站，也是国内第二座站内天然气制氢的加氢站，使用国产首套橇装天然气制氢有效解决了用氢难和用氢贵的难题，对我国加氢站产业的发展有积极、重要的示范效应。 关键词
0. 引言
高钛渣氢能全产业链关键核心技术正趋于成熟，燃料电池出货量快速增长，成本持续下降，加氢站基础设施建设明显提速，发展氢能已成为全球能源变革重要趋势和机遇。氢能作为一种来源丰富、绿低碳并且应用广泛的二次能源，是我国能源低化转型的关键一环，大力发展氢能也是我国实现“碳达峰”、“碳中和”目标的重要方式[1-4]。2022 年3 月，国家发改委发布了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，
首次在国家层面明确了氢能的三大战略定位：氢能是未来国家能源体系的重要组成部分；氢能是用能终端实现绿低碳转型的重要载体；氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。
交通是氢能的主要应用领域之一，加氢站是为氢能交通供氢的重要基础设施，是连接上游氢气制取和运输，下游燃料电池汽车应用的重要枢纽，其普及程度决定了氢燃料电池汽车的商业化进程[5-6]。在国家和地方政策的引导和大力支持下，我国近年来加氢站建设明显提速，2016 年仅有 10 座，2022 年7 月已达 272 座，居世界第一，预计到 2025 年将超过1000 座[7]。从国内外已经运营的燃料电池汽车和加氢站的实际情况来看，加氢站项目的盈利能力并不强，对补贴的依赖程度较高，其中一个重要原因就是燃料电池汽车所需氢气纯度高、供应难且价格高[8-10]，这也是制约氢能交通发展的瓶颈，而造成这一问题的主要原因在于氢气运输环节的效率低和成本高[11-12]。氢气的体积能量密度极小，70 MPa氢气的体积能量密度也仅为汽油的 15%左右，目前普遍采用的氢气管束车操作压力多为 20 MPa，仅可满载 200~300 kg的氢气，且回空压力不能过低，导致整体利用率仅为75%~85%。国内的加氢站实际运行中，终端氢气成本中 20%~30%是氢气储运成本，全国已运行的加氢站氢气售价受地域影响，差异较大，终端价格为45~100 ¥/kg，相比汽油、柴油和纯电动竞争力较弱，预计只有当加氢站的氢气售价低于40 ¥/kg时才能使氢能从“政策驱动”换挡为“市场驱动”[13-15]。国内外正在兴起的小型橇装天然气制氢可在加氢站内以极小的占地就地生产氢气，能够有效解决这一难题。在加氢站内制氢能省去昂贵的氢气运输环节，显著降低氢气成本，在氢能产业发展初期，能快速提升氢气的竞争力。 加氢站的一个重要发展趋势就是采用站内制氢，全球约 15%的加氢站是制氢加氢一体站，这一比例在日本更是超过了 30%，且未来这一比例还将继续提高。
橇装天然气制氢不仅是简单的大型天然气制氢小型化，在紧凑型转化炉、催化剂和集成设计等方面还需要进行创新，目前国外发达国家已有多种产品和大量加氢站应用项目，而2021 年国内才在这一领域才有所突破，实现了首套国产橇装天然气制氢装置的研制和站内天然气制氢加氢一体站的示范运行。本文以我国 2021 年成功建造和运行的的首套全国产化的 250 m3/h橇装天然气制氢装置为例，总结制氢加氢一体站的工艺技术现状，并对国产橇装天然气制氢装置与国外同类产品的技术参数进行对比分析，对我国橇装天然气制氢的发展趋势进行预测。
地图标记1.站内小型撬装天然气制氢工艺流程及优势分析
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1.1. 工艺流程
站内小型橇装天然气制氢的制氢规模为200~800 m3/h，橇体内的所有设备设施集中在一个紧凑的集装箱内部，视为一套相对独立的工艺设备整体，其典型工艺流程包括天然气脱硫、天然气水蒸汽重整、CO水汽变换和变压吸附（PSA）4 个主要工艺单元，（欢迎关注氢电邦带您了解更多干货，资料请添加qdbang11获取）如图 1 所示，并辅助蒸汽发生系统以从高温烟气中回收热量，如循环冷却水系统、脱盐水系统，还包括燃料气系统、仪控系统、泄漏检测与报警系统等[16-17]。
机械式温度表原料天然气中的硫化物，如硫化氢（H2S）、硫氧化碳（COS）、二硫化碳（CS2）、硫醇（RSH）、硫醚（RSR）、噻吩（C4H4S）等及微量卤素元素会造成重整催化剂、变换催化剂和PSA吸附剂性能降低甚至失活，因此天然气在送入转化炉转化之前，必须净化到总硫（以H2S计）含量≤0.1 μmol/mol、总卤素（以Cl-1 计）含量≤0.1 μmol/mol。
天然气水蒸汽重整是强吸热反应，过程中需要的热量通过燃烧PSA解吸气提供，不足的部分通过一部分燃料天然气来补充。重整转化炉是站内橇装天然气制氢设备的“心脏”，是为整个系统提供热源及反应的核心，包含转化管、转化炉体、燃烧器、烟气对流换热组件和鼓风机/引风机等。重整反应通常选用Ni 基催化剂，小型橇装天然气制氢装置由于床层高度小、催化剂装填量少、空速高且水碳比（水蒸
设备防尘罩气与天然气的物质的量比，下同）低，对催化剂的性能要求远高于传统大型天然气制氢重整催化剂，需要进行创新开发。置于重整转化炉内部的燃烧器能够满足天然气和PSA解吸气同时燃烧，并将热量以辐射传热方式传递给炉管内的工艺气进行催化，燃烧后的烟气温度达 900~1050 ℃，通过副产水蒸汽实现热量回收。副产水蒸汽作为重整反应的反应原料加入工艺系统，过程中需要调配好水碳比，过低的水碳比可能会导致催化剂积炭，长时间水碳比过高会
影响催化剂寿命。除影响催化剂寿命外，过高水碳比会造成大量未参与反应的蒸汽在转化炉中被加热，然后又被水冷器冷却，增加能耗，正常工况下站内橇装天然气制氢设备无蒸汽对外输出。
CO会导致燃料电池中的催化剂中毒，从而影响电堆寿命，因此变换工段将转化气中大量CO变换为CO2，以便尽可能多的生产氢气，并使变换后的气体在PSA中更容易提纯得到满足纯度要求的氢气产品，实际一般控制CO含量（物质的量分数）≤10 ×10-6，高于GB/T 37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》的要求（经过PSA提纯后的氢气纯度（物质的量分数，下同）需≥99.97%）。实际运行中，为了更好的保护燃料电池，氢气产品纯度需≥99.999%。
1.2. 优势分析
离线语音识别方案1.2.1 原料便利，制氢成本低
制氢的方法包括化石燃料制氢、电解水制氢、化工尾气制氢和生物质制氢等，目前全球近50%的氢气来自于天然气制氢[18-19]。在可再生电力成本尚未降低到一定水平的相当长一段时期内，天然气制氢将是支撑全球氢能发展的主要过渡方式。天然气的主要成分是甲烷，每个甲烷分子中含有 4 个氢原子，是含氢比例最高的化石能源。
在加氢站内小型制氢属于分布式制氢，主要包括电解水制氢、甲醇制氢、液化石油气（LPG）制氢和天然气/城市燃气制氢等。其中最具发展前景的就是站内小型天然气/城市燃气制氢，相比甲醇制氢和LPG制氢，可以就地采用天然气、
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