伴随我国汽车保有量的不断增长，石油消耗与二氧化碳排放量同步增长，我国“十三五”末2020年的CO2排放总量控制目标是105亿t，这一数值约占全球总排放量的30%。目前我国汽车的碳排放占到10%左右，2030年这一比例将增加至20%左右。氢燃料电池车由于能效高与使用过程零排放的特点，结合我国能源结构与碳排放控制目标，被认为是最具发展潜力的新能源汽车。

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氢气的来源已被认为是影响氢能源汽车发展的关键因素之一，分析认为，可再生能源电解水与生物质制氢是远期氢能供应的解决方案，而从目前至2050年的近中期，石化产业的制氢与副产氢仍是氢气供应的最经济方法之一。

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由于传统石化行业用氢气的杂质含量指标与燃料电池车用氢气的指标有较大差别，石化产氢需要进一步纯化脱除相应的杂质，才能得到满足燃料电池车指标的氢气。本文中以石化行业中最主要的天然气制氢装置产氢为研究对象，系统研究了脱除氢气中杂质的吸附剂与工艺技术，并为利用炼化氢制取燃料电池级氢气提供了经济可行的技术方案。

一、氢能指标与炼化用氢气组成

1.1 燃料电池车用氢气标准

燃料电池车用氢气标准源于国际标准ISO14687-2:2012，国内的氢燃料电池车用氢气行业标准、国家标准与国内外的标准对比如表1所示。

另外，美国机动车工程师学会制定的PEM燃料电池车用氢气标准SAEJ2719—2015，对氢气质量的要求与表1中各指标一致。结合相关研究与标准要求可知，硫化物、卤化物、CO等气体杂质对PEM的影响最为严重，也是氢气纯化过程中需要重点脱除的杂质。

1.2 炼化氢气组成分析

炼化行业天然气制氢气装置典型产品氢气的组成如表2所示。

天然气制氢装置产生的中变气，其中含有体积分数约75%的氢气，需要进一步采用变压吸附（PSA）技术脱除其中的CO、CO2与CH4等杂质。

炼化企业对氢气中CO2和CO总量的要求为低于20×10-6，由于受到现有变压吸附装置吸附剂类型与工艺条件的限制，通过调整已有变压吸附装置的工艺参数，获取满足标准要求的氢气，在技术经济性上不可行。

本研究中，通过测试、改进并优选吸附剂类型，建立吸附剂装填方案理论计算方法，搭建实验装置，系统研究了以制氢中变气为原料气制取CO含量低于0.2×10-6高纯氢气的吸附剂级配方案与工艺技术。