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工业副氢想得美用上难

发布时间:2021年11月16日    点击:[0]人次

工业副氢:想得美,用上难

跟着氢能的普及,不少出资者瞄准了工业副产气制氢。一些业界专家、政府主管部门也建议出资者首选副产气制氢,有些地方政府还拟定了宏伟的工业副产气制氢规划。

理论上,我国工业副产氢资源丰富,用其制氢既能协助工业企业节能减排,减轻环保压力,又能使制氢企业获得廉价质料和杰出收益,降低全社会用氢本钱,促进氢燃料电池车工业开展,是多方获益的功德。但实际果真如此吗?

上篇:

产值大、有技能、本钱低

看上去都是优势

工业副氢是工业副产气制氢的简称。我国石油化工、煤化工、钢铁、建材、焦炭等职业产能规划巨大,每年产生的工业副产气数千亿立方米,若将其间的氢气别离提纯,即可获得上千万吨高纯氢气。

以焦炉煤气、氯碱副产气、轻烃裂解副产气、甲醇/合成氨设备驰放气等优质制氢副产气为例。2020年,我国焦炭产值为4.71亿吨,按1吨焦炭副产含氢55%(体积百分比,下同)的焦炉煤气427立方米核算,全职业理论副产高纯氢980万吨/年(1千克氢气约合11.2规范立方米),扣除50%回炉煤气,可向社会供氢490万吨/年;烧碱产值为3643.3万吨,按1吨烧碱副产氢气24.8千克核算,该职业副产氢90万吨,扣除60%出产聚氯乙烯和盐酸消耗的氢气,可对外供氢36万吨/年;我国现已投产的丙烷制丙烯设备算计产能1010万吨/年,按设备平均开工率80%、1吨丙烷脱氢副产38千克高纯氢气核算,丙烷脱氢职业副产氢30.7万吨/年;2020年我国合成氨产值为4954万吨,按1吨合成氨副产113立方米含氢53%驰放气核算,该职业副产氢26万吨/年;再算上甲醇驰放气31万吨/年和乙烷裂解职业20万吨/年工业副氢,现在,我国可经济收回运用的工业副氢量高达633.7万吨/年。

还不止。依据在建和规划的轻烃归纳运用项目(主要指丙烷脱氢和乙烷裂解)和甲醇项目,预计2023年前后我国丙烷脱氢、乙烷裂解、甲醇产能将别离到达2126万吨/年、1980万吨/年和9800万吨/年。即使焦炭、合成氨、氯碱职业后期不再扩张,到时,上述最具制氢潜力的职业副产氢气也将高达735万吨/年。这还仅是简单地将其间的氢气别离提纯的结果。如果将上述工业副产气中的一氧化碳、甲烷、烃类一起变换/氧化转化为氢气,则氢气产值可大幅添加至1400万吨/年。再加上电石炉尾气、炼厂干气、芳烃重整、钢厂尾气、乙二醇副产气制氢,2023年,理论上我国可用的工业副氢总量将打破2100万吨/年。

更达观的音讯是,所有工业副产气制纯氢技能难题均已打破,且得到工业化运用验证。

据业界专家介绍,工业副产气制纯氢主要有3种方法:深冷别离、变压吸附、膜别离。

深冷别离是将气体液化后蒸馏,依据不同气体的沸点不同,通过温度控制将其别离,所得产品纯度较高,适合大规划制纯氢设备运用;变压吸附的原理是依据不同气体在吸附剂上的吸附能力不同,通过梯级降压,使其不断解吸,最终将混合气体别离提纯;膜别离法则是依据气体分子大小各异,透过高分子薄膜的速率不同的原理对其施行别离提纯。其间,深冷别离工艺设备出资大、工艺运转要求苛刻、单位能耗高。但其优势是:产能大,单套制氢规划达5000~10万规范立方米/小时,氢气收回率高达90%~98%,原猜中只需氢气超越10%即可,且所得氢产品的经济运输半径大。

与深冷别离法比较,变压吸赞同膜别离均无须对气体深冷液化,因而设备的能耗大幅降低,操作条件相对温和。尤其变压吸附,工艺简单、技能老练、单套制氢规划与深冷技能相当、设备出资中等、出产和运营本钱低、所得氢产品纯度高,是现在最为经济实用的工业副产气制氢纯氢技能,建成运转的工业化设备最多。

膜别离工艺设备初期出资小,但因高端膜及相关辅助材料依赖进口,导致设备运营本钱高,且单套制氢规划不超越1万规范立方米/小时,现在国内没有大规划工业化推广运用。不过,为了满意《质子交流膜燃料电池轿车用燃料氢气》(GB/T37244-2018)规范中一氧化碳、硫化氢含量别离不超越0.2微摩尔/摩尔和0.004微摩尔/摩尔等苛刻要求,也有企业测验选用变压吸附+膜别离复合工艺,但这样会导致制氢本钱大幅添加。而北京佳安氢源科技股份有限公司已成功开发了模块化定向除杂技能,可针对不同工业副产气的氢气组分和不同含量,选用不同的模块组合处理,从而完成低本钱高效除杂制得纯氢的目的。

工业副氢的另一特点是本钱较低,在氢燃料电池轿车工业开展初期容易被用户承受。石油和化学工业规划院原副总工程师刘延伟对记者说。

依据我国电动车百人会《我国氢能工业开展陈述2020》公布的数据,丙烷脱氢、乙烷裂解、烧碱副产气、焦炉煤气、合成氨/甲醇驰放气等不同工业副产气制氢的归纳本钱依次为:1.25~1.8元(规范立方米价,下同)、1.35~1.8元、1.2~1.8元、0.83~1.33元、1.3~2.0元。

天然气及煤制氢归纳本钱跟着天然气和煤炭价格上涨而上涨。当天然气价格别离为1元、2元、3元、4元、5元时,对应的制氢归纳本钱依次为0.95元、1.43元、1.88元、2.07元和2.41元。当煤炭价格别离为200元(吨价,下同)、400元、600元、800元、1000元时,对应的制氢归纳本钱依次为0.6元、0.72元、0.84元、0.96元和1.08元。

电解水制氢又分为碱性电解水制氢和质子交流膜电解水制氢。前者技能工艺老练、相关设备悉数国产化,制氢规划可达1000规范立方米/小时;后者关键材料质子膜根本依赖进口,最大制氢规划200规范立方米/小时。当电价为0.3元(千瓦时价,下同)、0.35元、0.4元、0.45元、0.5元时,碱性电解水制氢/质子膜电解水制氢的归纳本钱依次为:1.93元/2.83元、2.25元/3.3元、2.58元/3.77元、2.9元/4.25元和3.22元/4.72元。

从外表看,煤制氢本钱最低。但由于每出产1千克氢会排放19千克二氧化碳,在双碳方针约束下,后期将面对巨大的碳减排压力。一旦被迫上马碳捕集和封存运用(CCUS)设备,则煤制氢的运营本钱将激增130%、燃料和出资本钱将添加5%,氢气归纳本钱将添加1.1元/立方米。加之煤制氢低本钱的前提是大型集约化出产,这与燃料电池轿车用氢短距离运营、分布式运用的经济性要求相悖。天然气制氢则受制于天然气供给缺乏和价格高企,只能在有条件的地区少量布局。

总归,归纳质料供给、制氢本钱、技能先进与老练度,以及碳排放与环境因素,工业副产氢无疑是当时性价比最高的制氢途径。

下篇:

实产少、质料紧、环保难

用起来都是愁事

有资源、有商场、有本钱优势,又能解决工业企业的排放问题,出资工业副氢似乎只赚不赔、前途光明。但是,真正开端工业副氢项目调研证明时,才会惊诧地发现:抱负很丰满、实际很骨感。

首要,副氢产值越来越少。理论上,我国可用于制氢的工业副产气每年有数千亿立方米,仅含氢55%的焦炉煤气就超越940亿立方米,加上烧碱副产气、轻烃裂解副产气、甲醇/合成氨驰放气等优质制氢工业副产气,总量超越1500亿立方米,但十二五以来,跟着节能减排与环保政策从严,企业节能环保意识和精细化管理水平进步,绝大多数企业都上马了工业副产气收回运用设备。比方,焦化职业用焦炉煤气出产甲醇、合成氨、液化天然气;甲醇/合成氨企业将驰放气收回后补充体系氢气、余气送入锅炉焚烧出产蒸汽或发电;兰炭企业要么用荒煤气(含尘煤气)制氢为其煤焦油加氢设备供给氢气,要么发电。甚至连氢气含量较低的电石炉尾气、钢厂尾气,也悉数被收回用来发电或烧石灰。至于石油炼化企业,除芳烃重整单元外,简直悉数需求补氢,副产的炼厂干气或炼油尾气,要么用来制氢补充体系,要么收回碳3、碳4出产化工产品,或者出产民用液化石油气或直接进入配套锅炉焚烧,根本没有商品副氢。

咱们旗下共有5家子公司,算计550万吨/年半焦(兰炭)产能,年副产荒煤气超越30亿立方米。由于配套了荒煤气制氢-煤焦油加氢、荒煤气发电、荒煤气烧石灰等设备,没有多余荒煤气对外出售。旗下一家企业还由于无满意的荒煤气制氢,不得已外购天然气制氢以满意其自身焦油加氢设备的用氢需求。陕煤集团神木煤化工工业公司董事长毛世强向记者道出了实情。

氯碱职业的副产氢曾被业界寄予厚望。但是实际是:为了平衡氯气,60%以上的氢气被配套的盐酸、聚氯乙烯、双氧水消耗,剩余缺乏40%的含氢副产气(100立方米/吨左右),因气量小,往往难以支撑出资数千万元的氢气收回纯氢设备的正常经营与合理赢利,企业只能将其送入锅炉焚烧。何况,并非所有氯碱企业都有富氢外供。

与乙烯法聚氯乙烯不同,电石法聚氯乙烯不仅不会富氢,还需求补氢。比方咱们的110万吨/年聚氯乙烯设备,为了确保体系氢平衡,还自建了4×400立方米/小时电解水制氢设备。陕西北元集团副总经理王奋中对记者说。

至于轻烃裂解设备,尽管副产氢较多且氢气含量高,但一则该职业规划较小,二则业主自身配套了氢气收回与提纯设备,第三方往往很难插足,只能望氢兴叹。

其次,面对质料提价的风险。由于相关企业根本配套了工业副产气运用设备,即使由于氢燃料电池轿车用氢价格较高、比较其原运用方式更有利可图,使相关企业愿意出售其工业副产气,但跟着制氢企业增多和工业副产气需求增大,工业副产气将炙手可热,上游企业趁机提价在所难免。近几年令生物质热电联产企业痛苦的枯枝、秸秆、木材加工废料等生物质热电联产项目质料坐地起价的一幕,必然会在工业副产氢领域重演。与此一起,跟着氢燃料电池轿车推广运用提速,工业链日益老练,政府补贴及支撑政策退坡,氢能终端价格将继续走低。到时,出资工业副气制氢的企业将面对质料提价、产品贬价的双重挤压。

最后,面对可再生动力制氢的应战。从全生命周期碳排放看,可再生动力电解水制氢无疑是最清洁的绿氢,是未来氢能的主导。

依据相关规划,2030年,我国可再生动力发电装机将达12亿千瓦。考虑到可再生动力发电的间歇性以及电力存储的难度与高本钱,可再生动力发电-电解水制氢无疑是可再生动力充分运用的抱负途径之一。而据陕西隆基绿能科技股份有限公司董事长钟宝申介绍,自2010年以来,光伏发电本钱现已下降70%以上,后期跟着技能进步、光电转化率的进步,光伏电价低于燃煤发电将成为实际。

而据记者了解,2020年以来,国际上已有3起光伏发电招标电价低于0.1元/千瓦时。

即使不算上减碳及碳买卖收益,一旦可再生动力发电降至0.25元/千瓦时,用其电解水制氢的本钱也可与工业副氢抗衡。我国科学院院士、中科院大连化物所研究员李灿这样表明。

没有同步建设碳捕集和封存运用设备的工业副氢,本质上也是灰氢,在无绿氢可用或绿氢供给缺乏时,这种灰氢有其开展的必要性,也具有一定的竞赛优势。一旦可再生动力发电规划满意大且价格继续下降,绿氢供给充足时,这些灰氢不仅面对着剧烈的商场竞赛,还将面对二氧化碳减排的巨大压力。所以,需理性看待、慎重出资。陕西煤业新式动力科技股份有限公司总经理徐国强这样提示。

《我国石油和化工工业调查》杂志 作者:陈继军

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