隨著氫能的普及，不少投資者瞄準(zhǔn)了工業(yè)副產(chǎn)氣制氫。一些業(yè)內(nèi)專家、政府主管部門也建議投資者首選副產(chǎn)氣制氫，有些地方政府還制定了宏偉的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫規(guī)劃。
理論上，我國工業(yè)副產(chǎn)氫資源豐富，用其制氫既能幫助工業(yè)企業(yè)節(jié)能減排，減輕環(huán)保壓力，又能使制氫企業(yè)獲得廉價(jià)原料和良好收益，降低全社會(huì)用氫成本，促進(jìn)氫燃料電池車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，是多方受益的好事。但現(xiàn)實(shí)果真如此嗎？
上篇：
產(chǎn)量大、有技術(shù)、成本低
看上去都是優(yōu)勢(shì)
工業(yè)副氫是工業(yè)副產(chǎn)氣制氫的簡(jiǎn)稱。我國石油化工、煤化工、鋼鐵、建材、焦炭等行業(yè)產(chǎn)能規(guī)模巨大，每年產(chǎn)生的工業(yè)副產(chǎn)氣數(shù)千億立方米，若將其中的氫氣分離提純，即可獲得上千萬噸高純氫氣。
以焦?fàn)t煤氣、氯堿副產(chǎn)氣、輕烴裂解副產(chǎn)氣、甲醇/合成氨裝置馳放氣等優(yōu)質(zhì)制氫副產(chǎn)氣為例。2020年，我國焦炭產(chǎn)量為4.71億噸，按1噸焦炭副產(chǎn)含氫55%（體積百分比，下同）的焦?fàn)t煤氣427立方米計(jì)算，全行業(yè)理論副產(chǎn)高純氫980萬噸/年（1千克氫氣約合11.2標(biāo)準(zhǔn)立方米），扣除50%回爐煤氣，可向社會(huì)供氫490萬噸/年；燒堿產(chǎn)量為3643.3萬噸，按1噸燒堿副產(chǎn)氫氣24.8千克計(jì)算，該行業(yè)副產(chǎn)氫90萬噸，扣除60%生產(chǎn)聚氯乙烯和鹽酸消耗的氫氣，可對(duì)外供氫36萬噸/年；我國已經(jīng)投產(chǎn)的丙烷制丙烯裝置合計(jì)產(chǎn)能1010萬噸/年，按裝置平均開工率80%、1噸丙烷脫氫副產(chǎn)38千克高純氫氣計(jì)算，丙烷脫氫行業(yè)副產(chǎn)氫30.7萬噸/年；2020年我國合成氨產(chǎn)量為4954萬噸，按1噸合成氨副產(chǎn)113立方米含氫53%馳放氣計(jì)算，該行業(yè)副產(chǎn)氫26萬噸/年；再算上甲醇馳放氣31萬噸/年和乙烷裂解行業(yè)20萬噸/年工業(yè)副氫，目前，我國可經(jīng)濟(jì)回收利用的工業(yè)副氫量高達(dá)633.7萬噸/年。
還不止。根據(jù)在建和規(guī)劃的輕烴綜合利用項(xiàng)目（主要指丙烷脫氫和乙烷裂解）和甲醇項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2023年前后我國丙烷脫氫、乙烷裂解、甲醇產(chǎn)能將分別達(dá)到2126萬噸/年、1980萬噸/年和9800萬噸/年。即便焦炭、合成氨、氯堿行業(yè)后期不再擴(kuò)張，屆時(shí)，上述最具制氫潛力的行業(yè)副產(chǎn)氫氣也將高達(dá)735萬噸/年。這還僅是簡(jiǎn)單地將其中的氫氣分離提純的結(jié)果。如果將上述工業(yè)副產(chǎn)氣中的一氧化碳、甲烷、烴類同時(shí)變換/氧化轉(zhuǎn)化為氫氣，則氫氣產(chǎn)量可大幅增加至1400萬噸/年。再加上電石爐尾氣、煉廠干氣、芳烴重整、鋼廠尾氣、乙二醇副產(chǎn)氣制氫，2023年，理論上我國可用的工業(yè)副氫總量將突破2100萬噸/年。
更樂觀的消息是，所有工業(yè)副產(chǎn)氣制純氫技術(shù)難題均已突破，且得到工業(yè)化應(yīng)用驗(yàn)證。
據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，工業(yè)副產(chǎn)氣制純氫主要有3種方法：深冷分離、變壓吸附、膜分離。
深冷分離是將氣體液化后蒸餾，根據(jù)不同氣體的沸點(diǎn)不同，通過溫度控制將其分離，所得產(chǎn)品純度較高，適宜大規(guī)模制純氫裝置使用；變壓吸附的原理是根據(jù)不同氣體在吸附劑上的吸附能力不同，通過梯級(jí)降壓，使其不斷解吸，最終將混合氣體分離提純；膜分離法則是基于氣體分子大小各異，透過高分子薄膜的速率不同的原理對(duì)其實(shí)施分離提純。其中，深冷分離工藝設(shè)備投資大、工藝運(yùn)行要求苛刻、單位能耗高。但其優(yōu)勢(shì)是：產(chǎn)能大，單套制氫規(guī)模達(dá)5000～10萬標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，氫氣回收率高達(dá)90%～98%，原料中只要?dú)錃獬^10%即可，且所得氫產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑大。
與深冷分離法相比，變壓吸附和膜分離均無須對(duì)氣體深冷液化，因此裝置的能耗大幅降低，操作條件相對(duì)溫和。尤其變壓吸附，工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、單套制氫規(guī)模與深冷技術(shù)相當(dāng)、裝置投資中等、生產(chǎn)和運(yùn)營成本低、所得氫產(chǎn)品純度高，是目前最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫純氫技術(shù)，建成運(yùn)行的工業(yè)化裝置最多。
膜分離工藝設(shè)備初期投資小，但因高端膜及相關(guān)輔助材料依賴進(jìn)口，導(dǎo)致裝置運(yùn)營成本高，且單套制氫規(guī)模不超過1萬標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，目前國內(nèi)尚未大規(guī)模工業(yè)化推廣應(yīng)用。不過，為了滿足《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》（GB/T37244-2018）標(biāo)準(zhǔn)中“一氧化碳、硫化氫含量分別不超過0.2微摩爾/摩爾和0.004微摩爾/摩爾”等苛刻要求，也有企業(yè)嘗試采用變壓吸附+膜分離復(fù)合工藝，但這樣會(huì)導(dǎo)致制氫成本大幅增加。而北京佳安氫源科技股份有限公司已成功開發(fā)了模塊化定向除雜技術(shù)，可針對(duì)不同工業(yè)副產(chǎn)氣的氫氣組分和不同含量，采用不同的模塊組合處理，從而實(shí)現(xiàn)低成本高效除雜制得純氫的目的。
“工業(yè)副氫的另一特點(diǎn)是成本較低，在氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期容易被用戶接受。”石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院原副總工程師劉延偉對(duì)記者說。
根據(jù)中國電動(dòng)車百人會(huì)《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2020》公布的數(shù)據(jù)，丙烷脫氫、乙烷裂解、燒堿副產(chǎn)氣、焦?fàn)t煤氣、合成氨/甲醇馳放氣等不同工業(yè)副產(chǎn)氣制氫的綜合成本依次為：1.25～1.8元（標(biāo)準(zhǔn)立方米價(jià)，下同）、1.35～1.8元、1.2～1.8元、0.83～1.33元、1.3～2.0元。
天然氣及煤制氫綜合成本隨著天然氣和煤炭?jī)r(jià)格上漲而上漲。當(dāng)天然氣價(jià)格分別為1元、2元、3元、4元、5元時(shí)，對(duì)應(yīng)的制氫綜合成本依次為0.95元、1.43元、1.88元、2.07元和2.41元。當(dāng)煤炭?jī)r(jià)格分別為200元（噸價(jià)，下同）、400元、600元、800元、1000元時(shí)，對(duì)應(yīng)的制氫綜合成本依次為0.6元、0.72元、0.84元、0.96元和1.08元。
電解水制氫又分為堿性電解水制氫和質(zhì)子交換膜電解水制氫。前者技術(shù)工藝成熟、相關(guān)設(shè)備全部國產(chǎn)化，制氫規(guī)?？蛇_(dá)1000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)；后者關(guān)鍵材料質(zhì)子膜基本依賴進(jìn)口，最大制氫規(guī)模200標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)。當(dāng)電價(jià)為0.3元（千瓦時(shí)價(jià)，下同）、0.35元、0.4元、0.45元、0.5元時(shí)，堿性電解水制氫/質(zhì)子膜電解水制氫的綜合成本依次為：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。
從表面看，煤制氫成本最低。但由于每生產(chǎn)1千克氫會(huì)排放19千克二氧化碳，在雙碳目標(biāo)約束下，后期將面臨巨大的碳減排壓力。一旦被迫上馬碳捕集和封存利用（CCUS）裝置，則煤制氫的運(yùn)營成本將激增130%、燃料和投資成本將增加5%，氫氣綜合成本將增加1.1元/立方米。加之煤制氫低成本的前提是大型集約化生產(chǎn)，這與燃料電池汽車用氫短距離運(yùn)營、分布式應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性要求相悖。天然氣制氫則受制于天然氣供應(yīng)不足和價(jià)格高企，只能在有條件的地區(qū)少量布局。
總之，綜合原料供給、制氫成本、技術(shù)先進(jìn)與成熟度，以及碳排放與環(huán)境因素，工業(yè)副產(chǎn)氫無疑是當(dāng)前性價(jià)比最高的制氫途徑。
下篇：
實(shí)產(chǎn)少、原料緊、環(huán)保難
用起來都是愁事
有資源、有市場(chǎng)、有成本優(yōu)勢(shì)，又能解決工業(yè)企業(yè)的排放問題，投資工業(yè)副氫似乎只賺不賠、前途光明。然而，真正開始工業(yè)副氫項(xiàng)目調(diào)研論證時(shí)，才會(huì)愕然地發(fā)現(xiàn)：理想很豐滿、現(xiàn)實(shí)很骨感。
首先，副氫產(chǎn)量越來越少。理論上，我國可用于制氫的工業(yè)副產(chǎn)氣每年有數(shù)千億立方米，僅含氫55%的焦?fàn)t煤氣就超過940億立方米，加上燒堿副產(chǎn)氣、輕烴裂解副產(chǎn)氣、甲醇/合成氨馳放氣等優(yōu)質(zhì)制氫工業(yè)副產(chǎn)氣，總量超過1500億立方米，但“十二五”以來，隨著節(jié)能減排與環(huán)保政策從嚴(yán)，企業(yè)節(jié)能環(huán)保意識(shí)和精細(xì)化管理水平提高，絕大多數(shù)企業(yè)都上馬了工業(yè)副產(chǎn)氣回收利用裝置。比如，焦化行業(yè)用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)甲醇、合成氨、液化天然氣；甲醇/合成氨企業(yè)將馳放氣回收后補(bǔ)充系統(tǒng)氫氣、余氣送入鍋爐燃燒生產(chǎn)蒸汽或發(fā)電；蘭炭企業(yè)要么用荒煤氣（含塵煤氣）制氫為其煤焦油加氫裝置提供氫氣，要么發(fā)電。甚至連氫氣含量較低的電石爐尾氣、鋼廠尾氣，也全部被回收用來發(fā)電或燒石灰。至于石油煉化企業(yè)，除芳烴重整單元外，幾乎全部需要補(bǔ)氫，副產(chǎn)的煉廠干氣或煉油尾氣，要么用來制氫補(bǔ)充系統(tǒng)，要么回收碳3、碳4生產(chǎn)化工產(chǎn)品，或者生產(chǎn)民用液化石油氣或直接進(jìn)入配套鍋爐燃燒，基本沒有商品副氫。
“我們旗下共有5家子公司，合計(jì)550萬噸/年半焦（蘭炭）產(chǎn)能，年副產(chǎn)荒煤氣超過30億立方米。由于配套了荒煤氣制氫-煤焦油加氫、荒煤氣發(fā)電、荒煤氣燒石灰等裝置，沒有多余荒煤氣對(duì)外銷售。旗下一家企業(yè)還因?yàn)闊o足夠的荒煤氣制氫，不得已外購天然氣制氫以滿足其自身焦油加氫裝置的用氫需求?！标兠杭瘓F(tuán)神木煤化工產(chǎn)業(yè)公司董事長(zhǎng)毛世強(qiáng)向記者道出了實(shí)情。
氯堿行業(yè)的副產(chǎn)氫曾被業(yè)內(nèi)寄予厚望。然而現(xiàn)實(shí)是：為了平衡氯氣，60%以上的氫氣被配套的鹽酸、聚氯乙烯、雙氧水消耗，剩余不足40%的含氫副產(chǎn)氣（100立方米/噸左右），因氣量小，往往難以支撐投資數(shù)千萬元的氫氣回收純氫裝置的正常經(jīng)營與合理利潤(rùn)，企業(yè)只能將其送入鍋爐燃燒。況且，并非所有氯堿企業(yè)都有富氫外供。
“與乙烯法聚氯乙烯不同，電石法聚氯乙烯不僅不會(huì)富氫，還需要補(bǔ)氫。比如我們的110萬噸/年聚氯乙烯裝置，為了確保系統(tǒng)氫平衡，還自建了4×400立方米/小時(shí)電解水制氫裝置?！标兾鞅痹瘓F(tuán)副總經(jīng)理王奮中對(duì)記者說。
至于輕烴裂解裝置，雖然副產(chǎn)氫較多且氫氣含量高，但一則該行業(yè)規(guī)模較小，二則業(yè)主本身配套了氫氣回收與提純裝置，第三方往往很難插足，只能“望氫興嘆”。
其次，面臨原料漲價(jià)的風(fēng)險(xiǎn)。由于相關(guān)企業(yè)基本配套了工業(yè)副產(chǎn)氣利用裝置，即便因?yàn)闅淙剂想姵仄囉脷鋬r(jià)格較高、相比其原利用方式更有利可圖，使相關(guān)企業(yè)愿意出售其工業(yè)副產(chǎn)氣，但隨著制氫企業(yè)增多和工業(yè)副產(chǎn)氣需求增大，工業(yè)副產(chǎn)氣將炙手可熱，上游企業(yè)趁機(jī)漲價(jià)在所難免。近幾年令生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)痛苦的枯枝、秸稈、木材加工廢料等生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目原料坐地起價(jià)的一幕，勢(shì)必會(huì)在工業(yè)副產(chǎn)氫領(lǐng)域重演。與此同時(shí)，隨著氫燃料電池汽車推廣應(yīng)用提速，產(chǎn)業(yè)鏈日益成熟，政府補(bǔ)貼及支持政策退坡，氫能終端價(jià)格將持續(xù)走低。屆時(shí)，投資工業(yè)副氣制氫的企業(yè)將面臨原料漲價(jià)、產(chǎn)品跌價(jià)的雙重?cái)D壓。
最后，面臨可再生能源制氫的挑戰(zhàn)。從全生命周期碳排放看，可再生能源電解水制氫無疑是最清潔的綠氫，是未來氫能的主導(dǎo)。
根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，2030年，我國可再生能源發(fā)電裝機(jī)將達(dá)12億千瓦?？紤]到可再生能源發(fā)電的間歇性以及電力存儲(chǔ)的難度與高成本，可再生能源發(fā)電-電解水制氫無疑是可再生能源充分利用的理想途徑之一。而據(jù)陜西隆基綠能科技股份有限公司董事長(zhǎng)鐘寶申介紹，自2010年以來，光伏發(fā)電成本已經(jīng)下降70%以上，后期隨著技術(shù)進(jìn)步、光電轉(zhuǎn)化率的提高，光伏電價(jià)低于燃煤發(fā)電將成為現(xiàn)實(shí)。
而據(jù)記者了解，2020年以來，國際上已有3起光伏發(fā)電招標(biāo)電價(jià)低于0.1元/千瓦時(shí)。
“即便不算上減碳及碳交易收益，一旦可再生能源發(fā)電降至0.25元/千瓦時(shí)，用其電解水制氫的成本也可與工業(yè)副氫抗衡。”中國科學(xué)院院士、中科院大連化物所研究員李燦這樣表示。
“沒有同步建設(shè)碳捕集和封存利用裝置的工業(yè)副氫，本質(zhì)上也是灰氫，在無綠氫可用或綠氫供應(yīng)不足時(shí)，這種灰氫有其發(fā)展的必要性，也具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。一旦可再生能源發(fā)電規(guī)模足夠大且價(jià)格持續(xù)下降，綠氫供應(yīng)充足時(shí)，這些灰氫不僅面臨著激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，還將面臨二氧化碳減排的巨大壓力。所以，需理性看待、謹(jǐn)慎投資?！标兾髅簶I(yè)新型能源科技股份有限公司總經(jīng)理徐國強(qiáng)這樣提醒。
