氢气作为一种无污染、热值高的理想清洁能源，已引起各行业的高度关注，且需求愈发旺盛。氢气在制备过程中普遍存在一定杂质，因此对氢气进行除杂提纯成为氢气使用前必不可少的关键环节。
氢气来源复杂、杂质种类繁多，氢气纯化方法的选择与氢气供应规模和气源密切相关。目前变压吸附技术因自身特点是比较主流的氢气除杂提纯方法。相应提纯装置供应商有西南化工院、华西化工、亚联高科、佳安氢源、天一科技、瑞必科、西安海卓真等。随着国家推进氢能在各领域展开示范应用，氢气纯化显现出更多商机，这些企业普遍反馈市场订单量在增多。
“今年非常忙，前两个月的业务已经赶上去年全年的销售额，而且今年客户偏重于上大项目，我们接的提纯项目比以往要大的多。”上述一家公司总经理如此表示，他甚至预判氢气除杂提纯市场已经处在了即将爆发的前夜。
国内氢气纯化处于市场爆发前夜
双碳目标下，氢能凭借自身清洁能源的属性，已经成为备受各级政府、众多企业和广大公众关注的热点。在各种力量推动下，我国氢能已经开始在能源、交通、建筑、钢铁、化工等领域稳步推进，并且在不断扩大应用试点。
资料显示，2012年，中国氢气产量1600万吨，后面整体呈现稳步增长趋势。2018年开始，中国氢气年产量就已经超过两千万吨；2020年达到2500万吨；2021年产量超过3300万吨；2022年这一数字再创新高。中国已经成为名副其实的全球氢能大国。
氢气快速增量必然给氢气的除杂纯化带来机会。因为目前我国几种主流的制氢工艺——化石能源制氢（涵煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢等）、电解水制氢、工业副产氢等，在制备中均会产生一定杂质（如下图）。由于每个应用领域对氢气的要求不相同，这让氢气纯化环节必不可少。
氢气纯化主要有变压吸附法、深冷法和膜分离法。其中，变压吸附法（简称“PSA”）因为具有能耗低、产品纯度高且灵活性强、工艺流程简单、装置操作弹性大、经济成本低等特点，应用最为广泛，技术最成熟。该技术是一项主要用于气体分离、纯化、净化、浓缩的技术，其原理是利用固体吸附材料对气体组分吸附特性的差异，通过周期性的变换压力过程实现上述目的。
目前，国内已建成的燃料电池用氢项目主要使用的是PSA法，相关提纯装置供应商是西南化工院、华西化工、亚联高科、佳安氢源、天一科技、瑞必科、西安海卓真等。在PSA装置技术路线上，国内又分为传统气动程控PSA装置和快周期PSA装置。传统气动程控PSA装置现阶段应用较多，代表企业是西南化工院、华西化工、亚联高科、天一科技；快周期PSA装置被认为是未来的趋势，代表企业是瑞必科、西安海卓真等。前者采用传统程控阀，结构复杂，占地面积大；后者采用旋转阀，紧凑的撬装设计，占地面积小。
对于国内现阶段氢气除杂提纯方面的市场情况，佳安氢源、西安海卓真等都感觉在明显转好，佳安氢源公司总经理江风告诉高工氢电：“今年非常忙，前两个月的业务已经赶上去年全年的销售额，而且今年客户偏重于上大项目，我们接的提纯项目比以往要大的多。”
而之所以呈现这种情况，江风分析主要是两方面原因，其一，国内商品氢供应商中很大一部分还是副产氢提纯，同时有更多的钢铁企业、氯碱企业、丙烷脱氢企业等这些在生产过程中会产生富余氢气的企业，在国家推进氢能应用的大环境下，已经有意识去安装气体回收装置。
“以前工业副产氢作为产品生产过程的副产物，因副产氢纯度较低、成分复杂，以前通常只有燃烧等低效利用途径，甚至直接送到火炬排空。现在很多家这类的企业开始找我们（合作），我们能帮他们变废为宝。他们已经开始明白氢气除杂提纯装置能帮他们减少原材料的消耗，甚至能将成本直接降低一半。”他表示。
其二，越来越多的光伏、风电、水电等公司积极响应国家“双碳”目标，跨界开始做小型氢能示范应用项目，探索清洁能源的使用场景。这也给氢气除杂提纯公司带去了订单量。
“现在与我们合作的客户，很多之前都是处于观望状态，看央企及行业排头兵布局而自己按兵不动。现在随着国家统筹性地推进氢能，以及身边的示范项目在增多，他们开始研究氢能、咨询我们，甚至开始布局氢能。”江风进一步解释，结合这一点他还判断，当前这个阶段严格上还是大家从各个渠道快速认知氢能的阶段，属于市场爆发的前夜，待到2024年、2025年更多企业整体上项目时，氢气纯化的订单应该会更多。
氢气纯化市场大蛋糕下“江湖混战”
不管是工业副产氢还是绿电制氢，对氢气除杂提纯来说确实都是一块巨大的增量市场。
工业副产氢具有易获取、成本低、规模大的特点，在“前绿氢时代”的当下，许多地方结合地域资源特点都比较重视工业副产氢的布局。
据不完全统计，截至目前，已有近40个省（区、市）发布了涉及氢能的规划和政策，其中，上海、山东、山西、内蒙古等地都提出要发挥本地的“工业副产氢资源优势”。例如，《上海市氢能产业发展中长期规划（2022—2035年）》提出，将工业副产氢列为该市即将启动的氢能供应保障工程的首位。“十四五”期间，上海将重点推进低碳、安全的工业副产氢源保障项目建设，保障燃料电池汽车规模化推广的用氢需求。
工业副产氢在未来很长一段时间都将是国家及地方政府培育氢能终端市场的重要手段。那么这对工业副产氢提纯来说，自然是发展良机。
事实上，国内工业副产氢提纯项目确实正在明显增多。2月中旬，中国石油长庆石化安装氢气提纯项目设备。该项目以公司连续重整装置重整氢为原料，经PSA工序提纯得到燃料电池氢，产品氢纯度可达99.999%以上。
杭氧集团发布公告，由公司控股子公司山西杭氧投资建设并运营1套4000Nm3/h氢气提纯装置及1座6000KG/天加氢站，为山西晋南钢铁提供其所需的气体。日前，宝泰隆8000Nm?/h燃料电池氢项目氢气提纯和充装装置项目圆满完成联动调试工作。该项目以公司甲醇装置副产的尾气为原料，经PSA提氢制得燃料电池氢，为氢能公交、氢能重卡等交通工具提供清洁绿色能源。
电解水制氢方面，根据GGII《中国电解水制氢项目数据库》统计，2022年以来，国内已公开在建及规划电解水制氢项目制氢总规模高达12.1GW。其中，2023年和2024年规划建成项目装机分别达到1327MW和4716MW。电解水制氢设备市场正迎来井喷式发展。
电解水制氢向上发展对氢气纯化装置而言意味又多一个潜在市场空间。因为电解水制氢亦需要除杂提纯。在电解水过程中，由于隔膜并不能绝对阻隔氢气和氧气相互渗透，特别是在氢与氧两侧压力相差大的情况下，又因为电解液是不断循环的，在分离器里，氢气、氧气和电解液是很难达到完全分离，所以工业上用电解水制得的氢气里含有杂质氧，一般在0.5%以下。又由于制氢过程是气液共存的，所以氢气中还存在饱和含水量。
目前华西化工已经在电解水制氢提纯方面展开布局，佳安氢源在这方面已经实现纯化设备的交付。
氢气纯化市场蛋糕之大，毋庸置疑。但就当前这领域的市场情况看，还没有形成一定的格局，整体呈几方力量“混战”的状态：一方是深耕氢气提纯装置的专业供应商，他们提供专业的氢气提纯方案，并配套自己生产的吸附剂和阀门；一方是制氢设备供应商，这类企业在向下游用户提供制氢方案的同时，会以配套方式匹配氢气提纯装置，有的还已经实现对外销售，比如电解水制氢装备供应商中国船舶集团718所、考克利尔竞立选择自行研制并对外提供氢气变压吸附设备。
此外，随着氢气提纯装置市场持续扩大，这一领域也正吸引一些新势力入局。比如原来做仪表空气制造，甚至是做机加工的企业，以及其他一些并不懂提纯变压吸附技术的，也来尝试“趟水”。
“整体上，这片市场现在还是比较乱的，没有形成特定的市场格局。包括很多制氢设备供应商都想自己先研究一把，这个可以理解，小的提纯装置比较好做，而气量较大的情况下最后其实还是需要找专业的第三方公司进行配套。这片市场还远未形成定势。”一家氢气提纯装置供应商告诉高工氢电。
氢气PSA提纯技术发展水平与未来
氢气除杂提纯，从技术路线上看，已经有比较主流的技术，即变压吸附技术；发展空间看，市场蛋糕在持续扩大，前景广阔。那是不是说，如果想入驻这一领域，以既定的技术路线直接去开疆拓土就可以了？
并非如此。氢气除杂提纯的竞争力不在于哪种技术路线更优，而在于项目实施方能否从装置的技术特点出发，提高装置的利用率，降低燃料与电的消耗，确保项目有明显的经济性。衡量一家氢气纯化公司的竞争力，在于是否能够以合理配置来减少工程整体消耗。要实现一点，需要公司在工业气体净化与分离上有深厚的工程经验。
另外，近两年燃料电池汽车用氢气的需求在逐步提升。此类应用对原料氢气纯化的要求更加严格。如果以工业副产氢为原料氢气，由于副产氢成分中的CO、硫化物与催化剂铂的吸附性比氢更强，优先于氢气占据催化剂表面的活性位点且不易脱除，造成催化剂中毒，这会使燃料电池的寿命和性能大幅度降低。
我国早在2018年就发布了《GB/T37244-2018》，规定了质子交换膜燃料电池用燃料氢气的技术指标，H2纯度须＞99.97%，非H2总含量须≤3×10-4（摩尔分数），其中CO和硫化物的浓度要求尤为苛刻，具体指标要求见下表，这不是一般企业能达到的数值。国内燃料电池原料氢的纯化整体仍面临着氢气纯度控制及其稳定性的考验。
另外就电解水制氢而言，目前普遍存在边吸附边脱附的现象，这是电解水制氢变压吸附存在的一个难点，这需要从工艺、工程上去克服，也不是一般公司能够解决的问题。
国家推进氢能在各领域尤其在交通领域的应用，将直接带动氢气除杂提纯业务的腾飞。氢气除杂提纯的蛋糕看上去很诱人，但要吃到嘴里并没看上去那么容易。
由于很长一段时间以来，氢能行业的发展都处于基础设施投入、积聚用户和产业突破“临界质量”的阶段，所以氢气纯化技术尤其是用于燃料电池的纯化技术尚缺乏系统性研究。不过，随着氢气纯化的需求持续旺盛，国内在这方面应该很快会有新的突破。
