氣體分析儀表在氫能源（電解水制氫站）領(lǐng)域的應用

石化燃料（石油、天然氣、煤，石油氣）均屬不可以再生資源且儲量有限，而人類(lèi)時(shí)刻又離不開(kāi)能源，隨著(zhù)化石燃料耗量的日益增加，其儲量日益減少，新的替代能源迫在眉睫。而氫能是*的清潔能源，作為低碳和零碳能源正在脫穎而出。因其具備儲量最大、可再生、可循環(huán)利用；制取途徑多樣化，氫氣可以從天然氣、煤炭、生物質(zhì)、廢棄材料（例如塑膠）、水分子中實(shí)現零碳排放制取，等一系列清潔、高效、零碳和可持續利用的特性被視為未來(lái)清潔能源研究發(fā)展的方向。

全球氫能源主要來(lái)源為天然氣，煤炭制氫的占比較低，而國內恰恰相反，煤炭資源豐富天然氣資源缺乏，因此國內氫能源來(lái)源主要以煤炭為主，天然氣制氫份額并不高。根據中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì )公開(kāi)數據顯示，2020年中國氫氣產(chǎn)量超過(guò)2500萬(wàn)噸，其中煤制氫所產(chǎn)氫氣占62％、天然氣制氫占19％，工業(yè)副產(chǎn)氣制氫占18％，電解水制氫占1％左右。

在現有的制氫技術(shù)中，使用煤或天然氣制氫具有顯著(zhù)的成本優(yōu)勢，我國石化資源豐富，目前煤炭是主要的制氫來(lái)源。但使用化石能源作為原料終究不可持續，且制取會(huì )產(chǎn)生污染；使用甲醇等化工原料制氫受上游產(chǎn)品約束，產(chǎn)量和價(jià)格浮動(dòng)較大，難以形成穩定有效的供給。使用工業(yè)尾氣制氫也存在原料少、來(lái)源不穩定的問(wèn)題。

目前看來(lái)，可以支撐未來(lái)巨大氫能需求量，原料來(lái)源穩定的制氫方式應為電解水制氫。雖然目前由于成本太高，電解水在氫能制備產(chǎn)業(yè)中只占1％左右，與其它方式相比不具備競爭優(yōu)勢，但長(cháng)久來(lái)看，電解水制氫或許是較好的出路。

不論那種制氫方法，要達到使用要求的話(huà)，都需要達到一定的純度，那么如何判斷氫氣是否達標呢？這就需要用到氣體分析儀表，等來(lái)檢測氫氣純度。

 

根據一系列國家制氫相關(guān)國標，加上氫氣的特殊化學(xué)性質(zhì)分子量輕，要完成其痕量雜質(zhì)(氫純度)的分析，對其取樣、進(jìn)樣、分析的技術(shù)要求非常高。

GB/T 19774-2005  水電解制氫系統技術(shù)要求

GB/T 29411-2012  水電解氫氧發(fā)生器技術(shù)要求

GB 32311-2015  水電解制氫系統能效限定值及能效等級

GB/T 37563-2019  壓力型水電解制氫系統安全要求

GB/T 37562-2019  壓力型水電解制氫系統技術(shù)條件

電廠(chǎng)制氫設備都是水電解制氫，產(chǎn)品氫氣中的雜質(zhì)氣體是氧氣和水蒸氣及非常微量的含碳氣體（水中溶解）以及非常微量的油污、粉塵等雜質(zhì)，所以一般現場(chǎng)用到以下分析檢測儀器：

制氫站分析儀表清單

氣體分析儀及量程選擇：

以水電解制氫為例，制氫設備產(chǎn)出的粗氫一般純度為99.5~99.9之間，粗氫純度檢測選擇氫中氧分析儀和氧中氫分析儀，量程均選擇0~2%之間即可滿(mǎn)足要求，一般選用電化學(xué)原理。粗氫經(jīng)過(guò)純化干燥處理后，純度可達到4個(gè)9或5個(gè)9的純度，此時(shí)需要通過(guò)微量氧、露點(diǎn)儀來(lái)檢測高純氫的純度是否合格，純化后的氫氣微量氧一般在0~10ppm（與氣體流量、壓力相關(guān)），露點(diǎn)要小于＜-50℃。

氣路材質(zhì)及預處理選擇：

氣體分析儀進(jìn)氣口與氣源之間的氣路連接，是能夠準確檢測氣體指標極為重要的因素，需要注意取樣管材質(zhì)及氣路連接的氣密性。

l  氣路材質(zhì)：氫中氧、氧中氫、微量氧可選用聚四氟乙烯軟管，露點(diǎn)儀必須采用內壁拋光的不銹鋼管

l  預處理：整套制氫系統涉及到各類(lèi)罐體、管路、閥門(mén)等，會(huì )導致氣體中含有微量的油污、粉塵等雜質(zhì)，長(cháng)期的積累會(huì )導致氣路堵塞、損壞氣體分析儀傳感器或導致測量不精準，所以有必要對氣體進(jìn)行預處理后再進(jìn)行檢測。

l  過(guò)濾器：檢測露點(diǎn)時(shí)預處理的過(guò)濾器，可選擇燒結金屬過(guò)濾器（內部濾徑小于10μm）或活性炭過(guò)濾器（內部濾徑小于20μm-30μm）

l  氣密性檢查:氣路連接的氣密性是保證低濃度氣體檢測是否準確的前提,，如果氣密性不佳導致空氣進(jìn)入會(huì )影響最終的檢測結果。

電源及信號：

氫氣易燃易爆,現場(chǎng)的分析儀儀表需具備防爆能力,電源選擇24V DC,模擬輸出選擇標準4-20mA信號連接至PLC。為保證分析儀的檢測精度、穩定性等,模擬輸出信號線(xiàn)選用屏蔽線(xiàn),為防止干擾供電不建議與電動(dòng)機、空調、等大功率設備公用電源。除了電源外還要加裝安全隔離柵(隔離柵內部采用限壓、限流、隔離等措施。