最近,氫能安全與海珀爾制氫企業(yè)成為了海內外關注的焦點。

氫能以其清潔、高效的特點被公認為未來最有潛力的能源載體，然而其安全性常常受到人們質疑。那么，我們真的應該談“氫”色變嗎？

氫氣制備法與水電解制氫

目前，氫氣制備方法主要有：熱化學法制氫如煤制氫和天然氣重整制氫等、工業(yè)副產氫提純制氫、水電解制氫、太陽能光催化分解水制氫。

其中，水電解制氫技術有著無可比擬的優(yōu)越性：第一，不使用化石燃料，不產生有害氣體；第二，產品氣純度高，通常在99.7%以上；第三，技術成熟，流程及設備簡單；第四，自動化水平高，采用微機控制，操作穩(wěn)定可靠。

水電解制氫技術已有一個多世紀歷史，目前有堿性水電解制氫、質子交換膜水電解制氫和固體氧化物水電解制氫。堿性水電解制氫最為成熟，目前應用最為廣泛。

堿性水電解制氫

一百多年來，國外涌現(xiàn)出眾多著名堿性水電解制氫生產廠商，如挪威Hydro公司，德國Lurgi公司，比利時范登堡IMET公司，加拿大多倫多電解槽有限公司，意大利米蘭NeNora公司，美國德立臺等。目前，我國已發(fā)展成為名副其實的水電解制氫產品生產大國，產品數(shù)量及規(guī)格種類在國際上均位居前列，擁有中船重工第718所、天津大陸制氫設備有限公司及蘇州竟力制氫設備有限公司等10多家企業(yè)，其產品除滿足國內生產需求外，還大量出口到世界各地。由于質量可靠，價格相對低廉，深受世界各國用戶的青睞。張家口海珀爾公司利用風電、光伏等可再生能源，利用堿性水電解制氫技術，助力京津冀地區(qū)氫能產業(yè)發(fā)展，為2022年綠色冬奧服務。

原理

將一對電極浸沒在電解液中，電極中間隔以防止氣體滲透的隔膜，從而構成水電解池。當給水電解池通以一定的直流電時，水就發(fā)生分解，在陰極析出氫氣，陽極析出氧氣，堿液在水中的作用在于增加水的電導率，本身不參加反應。

其反應式如下：

陰極上： 2e+2H2O→H2↑＋2OH-

陽極上： 2OH--2e→H2O＋1/2O2↑

總反應式： 2H2O→2H2↑＋O2↑

堿性水電解制氫具有工藝簡單、操作方便、生產過程不會產生CO2等溫室氣體，且產品純度高(一般可達99% ～ 99.99%)等優(yōu)點，技術使用最為廣泛。具體工藝流程如圖：

安全防控

水電解制氫技術歷經百年發(fā)展，在系統(tǒng)安全、電氣安全、設備安全等方面已經形成了完善的安全設計標準體系和安全管理規(guī)范。在實際工業(yè)化過程中，水電解制氫技術的安全可靠性得到了認證。張家口在建設、生產過程中，遵守及執(zhí)行《中華人民共和國安全生產法》、《中華人民共和國特種設備安全法》等法律法規(guī)19項；《氫氣站設計規(guī)范》、《加氫站技術規(guī)范》、《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》等安全標準12項；《中華人民共和國防震減災法》、《構筑物抗震設計規(guī)范》等抗震法規(guī)及標準5項；消防設計執(zhí)行的標準及規(guī)范約25項及其它相關法規(guī)、政策。

以下為典型的安全防護措施：

廠房建設方面，廠房為甲類廠房，采用單層建筑結構，其耐火等級、層數(shù)及防火分區(qū)的面積嚴格滿足規(guī)范要求。如房間上部空間通風良好，頂棚內表面平整，避免死角；廠房頂部最高點設置無動力通風機和軸流風機等自然或強制換氣設備；房間的自然通風換氣次數(shù)≥3次/h，排風裝置換氣次數(shù)≥12次/h，并與氫氣檢漏裝置聯(lián)鎖。

防電防爆方面，電氣設備及控制儀表均為防爆類型；將設備、管道、構架、電纜金屬外皮、鋼屋架和突出屋面的放空管、風管等接到防雷電感應接地裝置上；管道法蘭、閥門等連接處，采用金屬線跨接；所有導體均通過接地、跨接等方式嚴格消除靜電。

工藝流程方面，采用分立式循環(huán)的工藝流程。將氫、氧堿液的循環(huán)回路分立設置，并分別注入分立液道的電解槽氫、氧小室，從而實現(xiàn)氫氣和氧氣的有效隔離，保證了系統(tǒng)運行的安全、可靠。

氫氣管道方面，氫氣管道采用無縫鋼管；管道及管件之間采用焊接方式連接，減少可能出現(xiàn)的泄漏點；采用法蘭或螺紋連接管道與設備管口、閥門等，并在連接處采用金屬導線跨接且定期檢查跨接電阻，設備或管道末端接地良好；管道上設放空管、取樣口和吹掃口，其位置滿足管道內氣體吹掃、置換的要求，且系統(tǒng)內設有含氧量小于0.5%的氮氣置換吹掃設施；氫氣放空管引至室外，且放空口應高于屋頂最高點1m以上，管口處設阻火器以防止外界火花串入系統(tǒng)引發(fā)事故，且應有防雨雪侵入、雜物堵塞及防止雷擊的保護措施。

生產監(jiān)控方面，水電解制氫裝置采用PLC全自動控制，PLC通過系統(tǒng)中裝配的各類傳感器，實時監(jiān)控制氫系統(tǒng)工作時的壓力、溫度、液位、電解電壓、電解電流、閥位狀態(tài)等參數(shù)，并針對各個指標設置報警值和軟連鎖值；針對關鍵參數(shù)如壓力、液位等參數(shù)設置機械式硬連鎖儀表及元件，以避免在系統(tǒng)突然斷電或PLC控制系統(tǒng)失控時發(fā)生危險。在水電解制氫裝置中設置氧中氫含量和氫中氧含量在線分析儀，并設置氧中氫和氫中氧含量超量報警裝置，如達到超量極限，則連鎖關機。設氫氣檢漏報警裝置，并與相應的排風機聯(lián)鎖，當空氣中氫氣濃度達到0.4％(體積比)時，排風機立即自動開啟。

能源危機和環(huán)境污染已日益嚴峻, 威脅著人類的生存和發(fā)展，發(fā)展可再生能源, 走可持續(xù)發(fā)展道路成為各國學者研究的焦點。利用可再生能源所產生的電能電解水制氫是成熟和清潔的氫氣制備方式，將是發(fā)展氫經濟的優(yōu)先選擇。