地下制氢储氢技术发展现状及方向

一、氢能一、氢能宏观产业政二、地下制氢技术现状及发展趋目录一、氢能宏观一、氢能宏观产业政1、氢能是21世纪最具发展前景的二次能源2、各国积极进行氢能产业布局一、氢能宏观产业政氢能是实现一、氢能宏观产业政氢能是实现碳减排目标的重要途径2020年，习主席在联合国大会庄严承诺，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争2060年前实现碳中和《新时代的中国能源发展》白2022加速发展绿氢制取、储运和应用等氢能产业链技促进氢能燃料电池技术链、氢燃料电池汽车产业一、氢能宏观产业一、氢能宏观产业政中国石化集团公司将氢能全产业链规划到2025年，累计建成1000座加氢站或油氢混合站、5000座充换电站、7000座分布式光伏发电站点，新增中深层地热供暖面积5000万平方米，新能供给能力达到1000万吨标煤一、氢能宏观产业政全球已宣布131一、氢能宏观产业政全球已宣布131个大型氢能开发项目，项目总数达到359个。全球氢气年产量约为7500万吨，主要由化石燃料生产。电解制氢只占全球制氢总量的4氢能在中国能源领域的占比有望型氢能项目。中国有望领跑全球全球氢能领域投资将激增至5000亿美元，低碳氢的年产能将达到1100万吨，其中70%产能将来自可再生能源制氢，其余数据来源：国际氢能委员会报告和H2Bulletin也是我国实现“双碳目标”的重要途径。一、氢能一、氢能宏观产业政二、地下制氢技术现状及发展趋目录一、氢能宏观产业政1.制氢方法制氢方优缺备化石燃一、氢能宏观产业政1.制氢方法制氢方优缺备化石燃料制技术成熟、成本低、适合大规模制排放量高、气体杂质需要我国现阶段主要制氢方尾气、副产氢提纯工艺相对我国氯碱工艺、焦炉煤气副化学热分解转化率高、原料易得、工艺简需要经过高温裂水电解能耗高，有能量损失、成本较高、减排效果受利用核能、风能、水能、太阳能等可再生能源，水电解环境友好、原料丰目前处于科研阶一、氢能宏观产业政2.制氢技术成本天然气制一、氢能宏观产业政2.制氢技术成本天然气制可再生能源制工业尾气制甲醇制 数据来源：《天然气与石油》油气藏原位转化制氢技术战略意义及研究方向探制氢方（元煤制8-二、地下制氢技术现状及二、地下制氢技术现状及发展趋藏资源，是高效、绿色油气开发技国内外油气资氢能利用产低品位难动用储量占比大，具有开发难度大开发成本高等特点，常规开发方式在成本、环保等方面没有竞争力有战略意义二、地下制氢技术现二、地下制氢技术现状及发展趋1.氢气分离与纯化技术：主要包括变压吸附（PSA)技术和膜分离技术。国外核心技厂商美国UOP公司和德国Linde公司。内四川天一、四川达科特等公司，实现了油气藏原位制氢技术还处于研发初期，尚未形成完整的工程化技术路线。国外目前仅加拿大质子公司和壳牌公司有相关专技技金属钯（钯-银）膜分离技术提有研究，理论技术成熟，有应案例证二、地下制氢技术现状及发展二、地下制氢技术现状及发展趋储层温度升高，必要时可通过射频辐射进一步提高温度，当温度超过500℃时，附近的碳氢化合物和周围的水（或者注入井注入的水蒸气）的分子键破裂，水蒸气与碳氢化合物反应生成合成气，即一氧化碳、二氧化碳、氢气的混合物。1晶格），将氢气以外的气体和组分保留在地下在井口制备富氧空气或者纯氧，然后通过“氧注入井”将气体注入储层中，并点燃碳氢化合物使之在二、地下制氢技二、地下制氢技术现状及发展趋 将制氢成本降至每公斤30美分二、地下制氢技术现状二、地下制氢技术现状及发展趋1.u原位燃烧u氢气提纯原位燃烧储层各区示二、地下制氢技术现状及发展二、地下制氢技术现状及发展趋2.u确定适宜油藏并建油藏选址：适用于常规储层、稠油油藏、油砂油碳酸盐油藏等u加热储加热方式：通过向储层注入空气或者氧气使储层辅助加热方式：采用电磁、射频加热、注入热材方式辅助储层燃ØØ二、地下制氢技术现状及发展趋u地下产氢（1）焦炭气化（2）热裂解产裂解烃二、地下制氢技术现状及发展趋u地下产氢（1）焦炭气化（2）热裂解产裂解烃硫化氢+真空热水蒸+（3）水热裂解（4）水煤气转化一氧化碳水蒸2水二、地下制氢技术现状及发展趋焦炭二、地下制氢技术现状及发展趋焦炭气化反应和水煤气转移反应是产生氢气的主要焦炭气化反裂解水煤气转化焦炭气化产热裂解产水热裂解产水煤（一氧化碳、水硫化氢、二氧化二氧化二、地下制氢技术现状及发展趋二、地下制氢技术现状及发展趋焦炭气化、热裂解、水热裂解和水煤气转化反应过程中均可以在原油原位燃烧过程中生氢气。但是，各反应过程既相互交联又相互制约，反应过程中所产生的氢气会进一反应物被消耗产消二、地下制氢技术现状及发展趋u二、地下制氢技术现状及发展趋u催化为提高制氢反应活性、降低制氢温度、提高氢气采收率，采用催化剂辅助火驱裂解制氢技术焦炭C水催化如何促进焦炭和CO、CH4等可燃气体发生化学反应生成H2的可能二、地下制氢技术现状及发展趋纳米催化剂类二、地下制氢技术现状及发展趋纳米催化剂类ü低密尺寸催化活性ü催化剂随蒸汽注层，焖井热解产üü铂镍钼二、地下制氢技术现状及二、地下制氢技术现状及发展趋u氢气提纯采采用薄膜氢气过滤器（Hy-generator）质子公司地下采氢的过滤 装置尺寸规格：可根据井段适应性配置（直径20cm～薄膜氢气过滤装置横二、地下制氢技二、地下制氢技术现状及发展趋3. 玛格丽特湖现场试验：产生的气体中含有高达20尔百分比的氢气ØSuperb油田某废弃生产井试验：2020年在加拿大萨省进行地下制氢试验，试验油层位于地表以下30二、地下制氢技二、地下制氢技术现状及发展趋u煤炭地下将地下处于自然状态下的煤进行有控制的燃烧，通地下气化炉的气化通道中由3个反应区域（氧化原区和干馏干燥区）来实现煤炭地下气化原理二、地下制氢技术现状及发展趋2.氢气主二、地下制氢技术现状及发展趋2.氢气主要来自３个方面，即水蒸气分解、干馏煤气和CO的变换反应↓→→→碳H2H2→制氢二、地下制氢技术发展现状及趋二、地下制氢技术发展现状及趋3.完成了实验室模型试验，徐州新河二号井煤炭地下气半工业性试验唐山刘庄煤矿煤炭地下气化工业性试验试验结果：地下水煤气中H2含量基本均在50%以上，证明“长通道大断面、双火源、两阶段煤炭地下气化”制氢工艺的可靠性和合煤炭地下气化制氢成本虽远低于其他方法，但产生H2CO、CH4等伴生气体，直接排放对环境造成影响，需过滤才能得到纯净H2数据来源：《煤炭科学技术二、地下制氢技术现状及发展趋二、地下制氢技术现状及发展趋的资源禀赋，是一种1234“氢能中国”战略：通过“三大发展阶段”建立有利于氢能产业发展的支撑体系，建成全国一、氢能一、氢能宏观产业政二、地下制氢技术现状及发展趋目录三、地下储氢技三、地下储氢技术现状及发展趋三、地下储氢技术现状及发展趋储氢方式氢储氢密度/%是大三、地下储氢技术现状及发展趋储氢方式氢储氢密度/%是大 技气压缩气优缺应模储存的较为可行方压缩气 三、地下储氢技三、地下储氢技术现状及发展趋1. 地面储存装备：高压长管拖车（20MPa）、车载储氢瓶（35MPa/70MPa）、金属球罐（1.4MPa） 三、地下储氢技术现状及发展趋2.u金属球罐储氢成本约为600元/吨，盐穴储氢成本约为元28-50/吨三、地下储氢技术现状及发展趋2.u金属球罐储氢成本约为600元/吨，盐穴储氢成本约为元28-50/吨地上和地下储氢设施工作参数对比（国外////////////////1三、地下储氢技术现状及发展趋三、地下储氢技术现状及发展趋1.u纯氢气地下存储技目前只有美国和英国成建立了地下储氢u混合氢气地下存储主要存在于欧三、地下储氢技术现状三、地下储氢技术现状及发展趋u混合氢气地下存应用情况 捷克的罗伯迪斯，H2含量约为54%，煤气储存在500m深的含盐含水层中 穴储煤气库，H2含量60%，储存压力10MPaØ法国天然气工业股份公司，H2含量约为54%，气储存在地下含水层中三、地下储氢技术现状及发展趋三、地下储氢技术现状及发展趋u纯氢气地下存储方纯氢气地下存储方式包括：盐穴储氢、衬砌岩洞储氢、含水层储氢、枯竭油气藏储氢①盐穴储Ø盐穴储氢库即在盐岩中建造人储存氢气密封性和粘塑性流变特征，是地下氢的天然选择。巨厚盐岩地层Ø条件盐穴溶解建造示盐穴储氢示意三、地下三、地下储氢技术现状及发展趋国外投入使用的4座地下储氢库工况对三、地下储氢技术现状三、地下储氢技术现状及发展趋Clemens某储氢库运行工 Clemens盐穴储氢地理位置：盐体顶部位于约420m表面相对平坦；盐层上覆盖该储氢库由Phillips公司建造，位于得克萨斯州布拉索里亚以南约4.8英里处。盐穴顶部深度约840m，底部深度约1500m。三、地下储氢技术现状三、地下储氢技术现状及发展趋 Clemens盐穴储氢ü面；26〃中间套管下至518.16m并固井至地面；20“生产套管下至792.48m并固井至地面；淡水溶解盐，形成洞穴造腔完成后，这个盐穴拥有800万桶的产能。最大盐穴半üü盐穴储氢库井身结构示意三、地下储氢技术现状及发展三、地下储氢技术现状及发展趋某储氢库运行 Moss盐穴储氢地理位置：Moss盐穴储氢库位于德克萨斯州3.1~14.8MPa盐腔构造 810m1380m 570m60m,物质，留下约450m的储存空间。 该盐穴的最大允许容量为56万m3（相当于400万桶）7.5813.45MPa Moss盐穴储氢库井身结构示意三、地下储氢技术三、地下储氢技术现状及发展趋②衬砌岩洞储 衬砌岩洞是将地下洞室加入人工衬砌层（等材料）密封，以防止存储气体通过岩层泄 存压缩空气的试衬砌岩洞储氢示三、地下储氢三、地下储氢技术现状及发展趋③含水层及其他储氢方含水层地质结构完整、储量大。所需垫层气用量较大，建设成本相对较高，建设周期国外研究机构对含水层、多孔岩层、枯竭油气藏等储氢方式进行研究，目前还未进行工程实含水层储氢示三、地下储氢技术现状三、地下储氢技术现状及发展趋纯氢地储方式建设、运维成本Ø美国阿尔贡国家实验室对盐穴、建设、运维成本进行Ø结果显示：20t以下的氢气，地下管道存储方式成本较低；大于20t以上，只能选择盐穴储氢和衬砌岩洞存储，盐穴储氢的经济性于衬砌岩洞存储三、地下储氢技三、地下储氢技术现状及发展趋2.石化重庆首座加氢站——半山环道综合加能站正式建成。系数高、占地面积小等特点，其占地面积仅为目前普遍使用的地上储氢设备的十分之一，相当于0.75个足球场的大小，但储氢能力有限，日供氢能力仅为1t国内地下储氢技术发展较晚，采用的是储气井技术三、地下储氢技三、地下储氢技术现状及发展趋中国云南安宁、江苏金坛、河南平顶山等地均有高品位的大型盐矿。目前中国已知各盐矿腔体资源合计约为.8³，已改造为盐穴储气库的腔体仅占总腔体资源0.2%，大量的废弃盐腔中国有3座正在运行和若干正在建设中的盐穴储气库，为建造盐穴储氢库提供了有利的条件中国正在运营和建造中的盐穴储三、地下储氢技术现状及发三、地下储氢技术现状及发展趋3.衬砌岩洞储氢技术难点在于储气层压力与岩层构造应力和地下水盐穴储氢方式的最大限制是选址问题，只能应用于存在巨型盐丘含水层、多孔岩层、枯竭一、氢能一、氢能宏观产业政二、地下制氢技术现状及发展趋目录 四、石油 四、石油工程行业氢能产业发展思 四、石油工程行业 四、石油工程行业氢能产业发展思 斯伦贝谢于2020年成立新能源业务部门，专注于氢能、锂电池、碳捕集利用和封存、地业务领域，以其在新兴市场的能力和商业资本来探索新的增长 哈里伯顿于2020年在休斯敦成立实验室，为加速发展清洁能源技术提供创新空间，业务覆盖洁净能源生产、运输、存储、节能、循环经济等领 四、石油工程行业氢能 四、石油工程行业氢能产业发展思 最为可行方案，具流程设计和建造能地下煤气化制油藏原位燃烧制+CCUS/CCS技发展地下盐穴储氢新 四、石油工程行 四、石油工程行业氢能产业发展思 四、石油工程行 四、石油工程行业氢能产业发展思 Ø 煤炭地下气化原位开采制氢发展潜力很大，也是煤炭清洁化转型利用的有效途径。煤炭地下气结构特点，但该项技术目前仍然处于探索阶段，离商业化利用还有一定距离。石化油服新技术研发中心积极布局UCG地下煤气化制氢技煤炭地下气化流 四、石油工程 四、石油工程行业氢能产业发展思 在液态储氢方面，液氢需配套大规模制氢装置，需依托制氢装置；固态及有机液体储氢石化油服暂不掌握该项 四、石油工 四、石油工程行业氢能产业发展思 Ø国外已有四座地下盐穴式纯氢储存设产业“制-储-用”一体化建设方案 四、石油工程行业氢能 四、石油工程行业氢能产业发展思 石化油服已完成0钢在3%以下氢环境中性能的变化规律研究，正在编制行业标准《氢气输送管依托中国石化新疆煤制气外输管道工程，石化油服在氢气对管线钢的性能影响及评价研究方面取得了系列研究成果，形成了一套理论体系，开展混氢输送管道不同钢级材料与氢气相容性的相关研究石化油服开展了不同钢级在不同氢环境中性能变化规律等方面一系列研究工作，在天然气混氢输送领域