地下制氫儲氫技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及方向

一、氫能一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨目錄一、氫能宏觀一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政1、氫能是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的二次能源2、各國積極進(jìn)行氫能產(chǎn)業(yè)布局一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政氫能是實(shí)現(xiàn)一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政氫能是實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)的重要途徑2020年，習(xí)主席在聯(lián)合國大會莊嚴(yán)承諾，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和《新時(shí)代的中國能源發(fā)展》白2022加速發(fā)展綠氫制取、儲運(yùn)和應(yīng)用等氫能產(chǎn)業(yè)鏈技促進(jìn)氫能燃料電池技術(shù)鏈、氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政中國石化集團(tuán)公司將氫能全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)劃到2025年，累計(jì)建成1000座加氫站或油氫混合站、5000座充換電站、7000座分布式光伏發(fā)電站點(diǎn)，新增中深層地?zé)峁┡娣e5000萬平方米，新能供給能力達(dá)到1000萬噸標(biāo)煤一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政全球已宣布131一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政全球已宣布131個(gè)大型氫能開發(fā)項(xiàng)目，項(xiàng)目總數(shù)達(dá)到359個(gè)。全球氫氣年產(chǎn)量約為7500萬噸，主要由化石燃料生產(chǎn)。電解制氫只占全球制氫總量的4氫能在中國能源領(lǐng)域的占比有望型氫能項(xiàng)目。中國有望領(lǐng)跑全球全球氫能領(lǐng)域投資將激增至5000億美元，低碳?xì)涞哪戤a(chǎn)能將達(dá)到1100萬噸，其中70%產(chǎn)能將來自可再生能源制氫，其余數(shù)據(jù)來源：國際氫能委員會報(bào)告和H2Bulletin也是我國實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”的重要途徑。一、氫能一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨目錄一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政1.制氫方法制氫方優(yōu)缺備化石燃一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政1.制氫方法制氫方優(yōu)缺備化石燃料制技術(shù)成熟、成本低、適合大規(guī)模制排放量高、氣體雜質(zhì)需要我國現(xiàn)階段主要制氫方尾氣、副產(chǎn)氫提純工藝相對我國氯堿工藝、焦?fàn)t煤氣副化學(xué)熱分解轉(zhuǎn)化率高、原料易得、工藝簡需要經(jīng)過高溫裂水電解能耗高，有能量損失、成本較高、減排效果受利用核能、風(fēng)能、水能、太陽能等可再生能源，水電解環(huán)境友好、原料豐目前處于科研階一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政2.制氫技術(shù)成本天然氣制一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政2.制氫技術(shù)成本天然氣制可再生能源制工業(yè)尾氣制甲醇制 數(shù)據(jù)來源：《天然氣與石油》油氣藏原位轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)戰(zhàn)略意義及研究方向探制氫方（元煤制8-二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨藏資源，是高效、綠色油氣開發(fā)技國內(nèi)外油氣資氫能利用產(chǎn)低品位難動用儲量占比大，具有開發(fā)難度大開發(fā)成本高等特點(diǎn)，常規(guī)開發(fā)方式在成本、環(huán)保等方面沒有競爭力有戰(zhàn)略意義二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨1.氫氣分離與純化技術(shù)：主要包括變壓吸附（PSA)技術(shù)和膜分離技術(shù)。國外核心技廠商美國UOP公司和德國Linde公司。內(nèi)四川天一、四川達(dá)科特等公司，實(shí)現(xiàn)了油氣藏原位制氫技術(shù)還處于研發(fā)初期，尚未形成完整的工程化技術(shù)路線。國外目前僅加拿大質(zhì)子公司和殼牌公司有相關(guān)專技技金屬鈀（鈀-銀）膜分離技術(shù)提有研究，理論技術(shù)成熟，有應(yīng)案例證二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨儲層溫度升高，必要時(shí)可通過射頻輻射進(jìn)一步提高溫度，當(dāng)溫度超過500℃時(shí)，附近的碳?xì)浠衔锖椭車乃ɑ蛘咦⑷刖⑷氲乃魵猓┑姆肿渔I破裂，水蒸氣與碳?xì)浠衔锓磻?yīng)生成合成氣，即一氧化碳、二氧化碳、氫氣的混合物。1晶格），將氫氣以外的氣體和組分保留在地下在井口制備富氧空氣或者純氧，然后通過“氧注入井”將氣體注入儲層中，并點(diǎn)燃碳?xì)浠衔锸怪诙?、地下制氫技二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨 將制氫成本降至每公斤30美分二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨1.u原位燃燒u氫氣提純原位燃燒儲層各區(qū)示二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨2.u確定適宜油藏并建油藏選址：適用于常規(guī)儲層、稠油油藏、油砂油碳酸鹽油藏等u加熱儲加熱方式：通過向儲層注入空氣或者氧氣使儲層輔助加熱方式：采用電磁、射頻加熱、注入熱材方式輔助儲層燃??二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨u地下產(chǎn)氫（1）焦炭氣化（2）熱裂解產(chǎn)裂解烴二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨u地下產(chǎn)氫（1）焦炭氣化（2）熱裂解產(chǎn)裂解烴硫化氫+真空熱水蒸+（3）水熱裂解（4）水煤氣轉(zhuǎn)化一氧化碳水蒸2水二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨焦炭二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨焦炭氣化反應(yīng)和水煤氣轉(zhuǎn)移反應(yīng)是產(chǎn)生氫氣的主要焦炭氣化反裂解水煤氣轉(zhuǎn)化焦炭氣化產(chǎn)熱裂解產(chǎn)水熱裂解產(chǎn)水煤（一氧化碳、水硫化氫、二氧化二氧化二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨焦炭氣化、熱裂解、水熱裂解和水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中均可以在原油原位燃燒過程中生氫氣。但是，各反應(yīng)過程既相互交聯(lián)又相互制約，反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的氫氣會進(jìn)一反應(yīng)物被消耗產(chǎn)消二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨u二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨u催化為提高制氫反應(yīng)活性、降低制氫溫度、提高氫氣采收率，采用催化劑輔助火驅(qū)裂解制氫技術(shù)焦炭C水催化如何促進(jìn)焦炭和CO、CH4等可燃?xì)怏w發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成H2的可能二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨納米催化劑類二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨納米催化劑類ü低密尺寸催化活性ü催化劑隨蒸汽注層，燜井熱解產(chǎn)üü鉑鎳鉬二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨u氫氣提純采采用薄膜氫氣過濾器（Hy-generator）質(zhì)子公司地下采氫的過濾 裝置尺寸規(guī)格：可根據(jù)井段適應(yīng)性配置（直徑20cm～薄膜氫氣過濾裝置橫二、地下制氫技二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨3. 瑪格麗特湖現(xiàn)場試驗(yàn)：產(chǎn)生的氣體中含有高達(dá)20爾百分比的氫氣?Superb油田某廢棄生產(chǎn)井試驗(yàn)：2020年在加拿大薩省進(jìn)行地下制氫試驗(yàn)，試驗(yàn)油層位于地表以下30二、地下制氫技二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨u煤炭地下將地下處于自然狀態(tài)下的煤進(jìn)行有控制的燃燒，通地下氣化爐的氣化通道中由3個(gè)反應(yīng)區(qū)域（氧化原區(qū)和干餾干燥區(qū)）來實(shí)現(xiàn)煤炭地下氣化原理二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨2.氫氣主二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨2.氫氣主要來自３個(gè)方面，即水蒸氣分解、干餾煤氣和CO的變換反應(yīng)↓→→→碳H2H2→制氫二、地下制氫技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨二、地下制氫技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨3.完成了實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)，徐州新河二號井煤炭地下氣半工業(yè)性試驗(yàn)唐山劉莊煤礦煤炭地下氣化工業(yè)性試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果：地下水煤氣中H2含量基本均在50%以上，證明“長通道大斷面、雙火源、兩階段煤炭地下氣化”制氫工藝的可靠性和合煤炭地下氣化制氫成本雖遠(yuǎn)低于其他方法，但產(chǎn)生H2CO、CH4等伴生氣體，直接排放對環(huán)境造成影響，需過濾才能得到純凈H2數(shù)據(jù)來源：《煤炭科學(xué)技術(shù)二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨的資源稟賦，是一種1234“氫能中國”戰(zhàn)略：通過“三大發(fā)展階段”建立有利于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐體系，建成全國一、氫能一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨目錄三、地下儲氫技三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨儲氫方式氫儲氫密度/%是大三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨儲氫方式氫儲氫密度/%是大 技?xì)鈮嚎s氣優(yōu)缺應(yīng)模儲存的較為可行方壓縮氣 三、地下儲氫技三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨1. 地面儲存裝備：高壓長管拖車（20MPa）、車載儲氫瓶（35MPa/70MPa）、金屬球罐（1.4MPa） 三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨2.u金屬球罐儲氫成本約為600元/噸，鹽穴儲氫成本約為元28-50/噸三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨2.u金屬球罐儲氫成本約為600元/噸，鹽穴儲氫成本約為元28-50/噸地上和地下儲氫設(shè)施工作參數(shù)對比（國外////////////////1三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨1.u純氫氣地下存儲技目前只有美國和英國成建立了地下儲氫u混合氫氣地下存儲主要存在于歐三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨u混合氫氣地下存應(yīng)用情況 捷克的羅伯迪斯，H2含量約為54%，煤氣儲存在500m深的含鹽含水層中 穴儲煤氣庫，H2含量60%，儲存壓力10MPa?法國天然氣工業(yè)股份公司，H2含量約為54%，氣儲存在地下含水層中三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨u純氫氣地下存儲方純氫氣地下存儲方式包括：鹽穴儲氫、襯砌巖洞儲氫、含水層儲氫、枯竭油氣藏儲氫①鹽穴儲?鹽穴儲氫庫即在鹽巖中建造人儲存氫氣密封性和粘塑性流變特征，是地下氫的天然選擇。巨厚鹽巖地層?條件鹽穴溶解建造示鹽穴儲氫示意三、地下三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨國外投入使用的4座地下儲氫庫工況對三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨Clemens某儲氫庫運(yùn)行工 Clemens鹽穴儲氫地理位置：鹽體頂部位于約420m表面相對平坦；鹽層上覆蓋該儲氫庫由Phillips公司建造，位于得克薩斯州布拉索里亞以南約4.8英里處。鹽穴頂部深度約840m，底部深度約1500m。三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨 Clemens鹽穴儲氫ü面；26〃中間套管下至518.16m并固井至地面；20“生產(chǎn)套管下至792.48m并固井至地面；淡水溶解鹽，形成洞穴造腔完成后，這個(gè)鹽穴擁有800萬桶的產(chǎn)能。最大鹽穴半üü鹽穴儲氫庫井身結(jié)構(gòu)示意三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨某儲氫庫運(yùn)行 Moss鹽穴儲氫地理位置：Moss鹽穴儲氫庫位于德克薩斯州3.1~14.8MPa鹽腔構(gòu)造 810m1380m 570m60m,物質(zhì)，留下約450m的儲存空間。 該鹽穴的最大允許容量為56萬m3（相當(dāng)于400萬桶）7.5813.45MPa Moss鹽穴儲氫庫井身結(jié)構(gòu)示意三、地下儲氫技術(shù)三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨②襯砌巖洞儲 襯砌巖洞是將地下洞室加入人工襯砌層（等材料）密封，以防止存儲氣體通過巖層泄 存壓縮空氣的試襯砌巖洞儲氫示三、地下儲氫三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨③含水層及其他儲氫方含水層地質(zhì)結(jié)構(gòu)完整、儲量大。所需墊層氣用量較大，建設(shè)成本相對較高，建設(shè)周期國外研究機(jī)構(gòu)對含水層、多孔巖層、枯竭油氣藏等儲氫方式進(jìn)行研究，目前還未進(jìn)行工程實(shí)含水層儲氫示三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨純氫地儲方式建設(shè)、運(yùn)維成本?美國阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室對鹽穴、建設(shè)、運(yùn)維成本進(jìn)行?結(jié)果顯示：20t以下的氫氣，地下管道存儲方式成本較低；大于20t以上，只能選擇鹽穴儲氫和襯砌巖洞存儲，鹽穴儲氫的經(jīng)濟(jì)性于襯砌巖洞存儲三、地下儲氫技三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨2.石化重慶首座加氫站——半山環(huán)道綜合加能站正式建成。系數(shù)高、占地面積小等特點(diǎn)，其占地面積僅為目前普遍使用的地上儲氫設(shè)備的十分之一，相當(dāng)于0.75個(gè)足球場的大小，但儲氫能力有限，日供氫能力僅為1t國內(nèi)地下儲氫技術(shù)發(fā)展較晚，采用的是儲氣井技術(shù)三、地下儲氫技三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨中國云南安寧、江蘇金壇、河南平頂山等地均有高品位的大型鹽礦。目前中國已知各鹽礦腔體資源合計(jì)約為.83，已改造為鹽穴儲氣庫的腔體僅占總腔體資源0.2%，大量的廢棄鹽腔中國有3座正在運(yùn)行和若干正在建設(shè)中的鹽穴儲氣庫，為建造鹽穴儲氫庫提供了有利的條件中國正在運(yùn)營和建造中的鹽穴儲三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)三、地下儲氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨3.襯砌巖洞儲氫技術(shù)難點(diǎn)在于儲氣層壓力與巖層構(gòu)造應(yīng)力和地下水鹽穴儲氫方式的最大限制是選址問題，只能應(yīng)用于存在巨型鹽丘含水層、多孔巖層、枯竭一、氫能一、氫能宏觀產(chǎn)業(yè)政二、地下制氫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨目錄 四、石油 四、石油工程行業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展思 四、石油工程行業(yè) 四、石油工程行業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展思 斯倫貝謝于2020年成立新能源業(yè)務(wù)部門，專注于氫能、鋰電池、碳捕集利用和封存、地業(yè)務(wù)領(lǐng)域，以其在新興市場的能力和商業(yè)資本來探索新的增長 哈里伯頓于2020年在休斯敦成立實(shí)驗(yàn)室，為加速發(fā)展清潔能源技術(shù)提供創(chuàng)新空間，業(yè)務(wù)覆蓋潔凈能源生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲、節(jié)能、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等領(lǐng) 四、石油工程行業(yè)氫能 四、石油工程行業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展思 最為可行方案，具流程設(shè)計(jì)和建造能地下煤氣化制油藏原位燃燒制+CCUS/CCS技發(fā)展地下鹽穴儲氫新 四、石油工程行 四、石油工程行業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展思 四、石油工程行 四、石油工程行業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展思 ? 煤炭地下氣化原位開采制氫發(fā)展?jié)摿艽螅彩敲禾壳鍧嵒D(zhuǎn)型利用的有效途徑。煤炭地下氣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，但該項(xiàng)技術(shù)目前仍然處于探索階段，離商業(yè)化利用還有一定距離。石化油服新技術(shù)研發(fā)中心積極布局UCG地下煤氣化制氫技煤炭地下氣化流 四、石油工程 四、石油工程行業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展思 在液態(tài)儲氫方面，液氫需配套大規(guī)模制氫裝置，需依托制氫裝置；固態(tài)及有機(jī)液體儲氫石化油服暫不掌握該項(xiàng) 四、石油工 四、石油工程行業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展思 ?國外已有四座地下鹽穴式純氫儲存設(shè)產(chǎn)業(yè)“制-儲-用”一體化建設(shè)方案 四、石油工程行業(yè)氫能 四、石油工程行業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展思 石化油服已完成0鋼在3%以下氫環(huán)境中性能的變化規(guī)律研究，正在編制行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《氫氣輸送管依托中國石化新疆煤制氣外輸管道工程，石化油服在氫氣對管線鋼的性能影響及評價(jià)研究方面取得了系列研究成果，形成了一套理論體系，開展混氫輸送管道不同鋼級材料與氫氣相容性的相關(guān)研究石化油服開展了不同鋼級在不同氫環(huán)境中性能變化規(guī)律等方面一系列研究工作，在天然氣混氫輸送領(lǐng)域