负责人: 张早校

所在学院：化工学院

一、项目简介

本项目拟采用物理化学多级联合净化技术，即变压吸附-多级金属氢化物变温吸附方法进行氢定向除杂纯化。金属氢化物在一定温度和压力下可选择性与大量氢进行可逆吸放氢反应，基于金属氢化物的变温吸附分离纯化氢的方法具有设备及工艺相对简单、工作压力（~1 MPa）及氢浓度工况较低、能耗低、工作可靠、选择性好、定向除杂、氢气产品纯度高（可达99.9999%以上）等突出优点，是一种很有应用前景的氢分离净化技术。然而，金属氢化物吸放氢性能易受到一定浓度的CO、H2S等杂质的影响，降低其吸放氢循环性能。因此，本项目拟突破金属氢化物在适量浓度的CO、H2S等杂质氛围下高效吸放氢循环的关键技术，实现普氢的高效定向纯化。通过在线监测，对不同纯度氢气预测准确率95%以上，纯度预测精度≤0.001%。经第三方检测，测定氢纯化后纯度达99.999%以上，氢纯化效率在95%以上，CO、H2S等杂质含量控制在0.01 ppm以下，颗粒物含量在2 mg/kg以下。对推动高纯氢的高效制取、能源的有效利用发挥关键作用。

二、产品性能优势

1.金属氢化物在适量浓度的CO、H2S等杂质氛围下抗中毒和高效吸放氢循环技术

明确金属氢化物在适量CO、H2S等杂质氛围下的抗中毒机制及吸放氢机理是变压吸附-金属氢化物变温吸附方法进行氢高纯度净化的基本前提。目前基于金属氢化物的氢提纯净化技术在工业上的应用仍不广泛，其原因很大程度上可以归结为金属氢化物的物化性质，特别是抗中毒性能仍不够理想，在遇到一定浓度的水蒸气、CO、H2S等组分时可能会衰减或失去反复吸放氢的能力。另外，基于金属氢化物的氢气纯化器的实际氢化/脱氢反应速度往往受到传热和传质过程的制约，亟待从过程强化方面取得突破、优化反应器设计，以确保氢气纯化过程的顺利高效进行。因此，金属氢化物在适量浓度的CO、H2S等杂质氛围下抗中毒技术和高效吸放氢循环技术是本项目拟解决的关键技术之一。

2.高纯氢在线实时监测技术

对于氢纯度的检测，传统的压差密度方法设备体积较大，操作不便；化学爆炸法和吸收法无法在线实时监测，因而亟需一种高精度、小型化、灵活性较高的监测方法。

本项目开发了一种基于人工智能嗅觉系统的高纯氢在线实时监测技术，通过模拟动物嗅觉系统对不同气氛的响应识别能力，利用对氢气及其产生过程的伴随痕迹组分具有响应的不同特性传感器，构成传感器阵列，结合人工智能模式识别算法，构建人工嗅觉系统，对氢纯度进行在线实时识别。由于气体传感器的交叉响应特性，不同纯度的氢气由于含有杂质组分，相当于不同的气体混合物气氛，其在不同响应特性和类型构成的传感器阵列反映的响应特性指纹谱会有所差别。利用一致纯度的不同氢气进行反复训练，对这种差异化的响应指纹特性进行标准化图谱处理，基于数据驱动的机器学习算法能够得到一个鲁棒、快速、准确的氢气纯度预测模型，可将其模型直接应用于氢气纯度的在线精准监测。

三、市场前景及应用

日前，国务院一方面大力推广以高纯氢为燃料的氢燃料电池汽车等新能源车；另一方面加快成品油质量升级步伐，如今有约20个省市正在做氢能和氢燃料汽车的发展规划，形成了华东、华中、华南、华北、东北、西南六大氢能和氢燃料电池汽车产业群，涌现出上海、江苏如皋、广东佛山、河北张家口、湖北武汉等一批代表性的城市，近日发表的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》也指出希望力争经过15年的持续努力，我国新能源汽车核心技术达到国际先进水平，质量品牌具备较强国际竞争力。燃料电池汽车实现商业化应用，氢燃料供给体系建设稳步推进，有效促进节能减排水平和社会运行效率的提升；将全国供应国五标准车用汽、柴油的时间由原定的2018年1月提前至2017年1月；增加高标准普通柴油供应，分别由2017年7月和2018年1月起，在全国全面供应国四、国五标准普通柴油。而实现油品升级的必由之路——各类加氢技术的升级和产能扩大，故高纯氢加氢技术成为重要发展趋势。除此之外，高纯氢还可用于精细化工、军事、航天、半导体等领域，由此可见，高纯氢的需求量越来越大，对高纯氢的需求日益紧迫。

目前，我国高纯氢生产企业有214家（阿里巴巴网站注册），其中年营业额1亿以上有7家，年营业额为100~500万的企业占15%左右，应用此技术在传统的企业生产线上，可以大大提高产业效率，一定程度优化产业生产结构，再加上考虑基于目前国家各方面对氢能发展的推进和市场上对高纯氢的需求日益增加的情况，可得出高纯氢具有极大的市场潜力和发展空间。

四、技术成熟度

□概念验证 □原理样机 √工程样机 □中试 □产业化

五、合作方式

□联合研发 □技术入股 □转让 □授权（许可） √面议

附图

以粗焦炉煤气为例的氢回收纯化、定向除杂技术流程图