2016年1月，《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書（2016）》首次提出氫能發(fā)展路線；

 

2019年3月，推動加氫站建設首次寫入政府工作報告；

 

2022年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》。

 

灰氫、藍氫和綠氫

 

根據(jù)制備方式的不同，可將氫氣分為灰氫、藍氫和綠氫�；覛�，是通過化石燃料燃燒產(chǎn)生的氫氣，市面上絕大多數(shù)氫氣是灰氫，約占當今全球氫氣產(chǎn)量的95％左右。藍氫，是將天然氣通過蒸汽甲烷重整或自熱蒸汽重整制成，在生產(chǎn)藍氫時也會產(chǎn)生溫室氣體。綠氫，是通過使用再生能源（例如太陽能、風能、核能等）制造的氫氣，例如通過可再生能源發(fā)電進行電解水制氫，在生產(chǎn)綠氫的過程中，沒有碳排放。從灰氫過渡到藍氫，再到最終實現(xiàn)綠氫，是氫能未來低碳化、無碳化的趨勢。在我國灰氫和藍氫占有很高的比例，導致氫氣中雜質(zhì)相當復雜，只有滿足《GB/T 37244-2018 質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料 氫氣》質(zhì)量要求的氫氣才能允許用于氫燃料電池車；不滿足該標準的氫氣在運輸、儲存、加氫和燃料電池工作過程很可能會引起各種安全事故。

 

高純氫氣中雜質(zhì)危害

 

高純氫氣中可能含有的雜質(zhì)有O2、N2、CH4、CO、CO2，這些雜質(zhì)的存在對產(chǎn)品品質(zhì)、后續(xù)工藝都會存在負面影響。

 

PSA工藝中，氫氣的CO、CO2含量超標會引起聚丙烯、聚乙烯裝置反應中止，從而導致裝置停車；

 

半導體工業(yè)，微量雜質(zhì)的“慘入”，將會改變半導體的表面特性；

 

氫燃料電池，引起催化劑中毒，降低膜的使用壽命。

 

《GB/T 3634.2-2011氫氣第2部分：純度、高純氫和超純氫》對雜質(zhì)含量做了比較嚴格的規(guī)定。按標準要求，高純氫氣中O2、N2、CH4、CO、CO2的指標均在5ppm或5ppm以下，對于常規(guī)的TCD檢測器，顯然很難滿足分析需求。在常規(guī)配置里，需要通過甲烷轉(zhuǎn)化爐將CO、CO2轉(zhuǎn)化成CH4后，再通過FID檢出，因此在一套方案里，需同時配置TCD和FID兩個檢測器，同時借助MTN等部件。島津BID檢測器，代替這兩個檢測器，同時實現(xiàn)無機氣體和輕烴類混合物的高靈敏度分析。

 

島津檢測儀器解決方案

 

氣相色譜(BID檢測器)輕松應對高純氫氣中雜質(zhì)分析

 

BID檢測器(Barrier Discharge Ionization Detector 介質(zhì)阻擋放電等離子體檢測器),在氦氣中，通過在石英玻璃管（絕緣介質(zhì)）上加高電壓，產(chǎn)生氦等離子體。色譜柱流出的組分在氦等離子體的能量轟擊下離子化，收集極收集產(chǎn)生的離子，形成電流，輸出色譜峰。氦等離子體具有極高的光子能量（17.7eV），因此BID檢測器可以高靈敏度檢測除Ne和載氣He之外的全部化合物，是真正意義上的下一代通用型檢測器。

 

案例分享

 

對于有機化合物，BID檢測器的靈敏度是FID的兩倍以上，對于無機氣體，BID檢測器的靈敏度是TCD的100倍，本文采用島津BID檢測器，建立了針對高純氫氣中雜質(zhì)的分析系統(tǒng)，具有配置簡單，靈敏度高，重復性好的特點。

 

標準氣體由大連大特氣體有限公司提供。標氣組分濃度如表1。將標準氣體鋼瓶樣品通過專用減壓閥減壓后與氣相色譜儀連接，并置換管路中殘留氣體后進樣分析。一次進樣，O2、N2、CH4、CO、CO2在BID檢測器上依次出峰。譜圖如圖1。結果顯示目標組分峰面積RSD%（n=3）均小于1，檢出限小于0.5ppm。

 

結語

 

發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，對構建清潔低碳安全高效的能源體系、實現(xiàn)碳達峰碳中和目標，具有重要意義。為了實現(xiàn)這個目標，技術創(chuàng)新在整個氫能產(chǎn)業(yè)鏈構建過程中至關重要。島津GC結合BID檢測器，實現(xiàn)對高純氫氣中微量O2、N2、CH4、CO、CO2含量的分析，和常規(guī)的TCD+FID多閥多柱系統(tǒng)相比，幾個指標在一個檢測器上實現(xiàn)檢測，降低了設備成本和操作維護難度，同時具有配置簡單、靈敏度高、重復性好的特點。