石化企业氢能业务发展现状及建议.pdf

檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵殝殝殝殝产业发展战略及政策研究石化企业氢能业务发展现状及建议姜振强（中国石化石油勘探开发研究院，北京 ）摘要：由于氢能可实现全产业链零污染，因此越来越受到重视。文章基于国内外氢能产业发展现状，阐述了石化企业发展氢能的优势，并对石化企业氢能全产业链进行了分析。石化企业氢能产业要实现健康发展，应发挥国企带头作用，带动整个产业链的发展，加大技术研发力度，防范核心技术被卡脖子的风险，大力推动氢能应用，从而实现氢能社会的构建。关键词：中国石化氢能产业链低碳文章编号：（）中图分类号：文献标志码：收稿日期：。作者简介：姜振强，男，年出生，年毕业于中国地质大学（北京）油气田开发工程专业，博士，高级经济师，目前主要从事油气经济评价工作。氢能具有资源丰富、能量密度大、生态友好以及应用场景丰富等特点，可实现全产业链零污染，被称为“人类的终极能源”。氢能产业科技含量高、产业链长、社会效益好，是实现能源结构调整的战略新兴产业。据国际氢能委员会测算，到 世纪中叶，氢能将占据全球能源消费总量近 ，该产业还将创造 万个就业机会，其市场规模超过 万亿美元，可减少 二氧化碳排放量 。在能源低碳转型的大背景下，氢能作为优质的清洁能源受到美国、日本和欧盟等国家和组织的高度重视，它们各自出台了一系列发展战略和产业政策，并投入大量资金进行关键技术攻关，推动了氢能产业的迅速发展。中国对氢能产业的发展也高度重视，年发布的 国家中长期科技发展规划纲要 中就提到了氢能，此后，陆续出台了 中华人民共和国能源法（征求意见稿）中国氢能产业基础设施发展蓝皮书 氢能产业发展中长期规划 等多项产业政策及发展规划，将氢能划入能源种类，并从战略定位、产业结构、科技创新等多方面引导和鼓励氢能产业发展。当前，中国氢能产业体系日益完备，形成了多个产业集聚发展区 。氢能全产业链概述氢能具有非常广泛的产业链，涵盖了氢气的制备、储存、运输和氢能的应用等多个环节。氢能产业的发展对新能源、交通运输、钢铁和化工等多个领域具有重要意义。氢气制备根据氢气的生产来源和排放情况，可以分为种类型：灰氢（通过工业副产品制氢，成本低，碳排放量大）、蓝氢（通过化石燃料制氢并运用碳捕捉和封存技术，成本较高，碳排放量较低）以及绿氢（利用再生能源制氢，成本较高，但无碳排放）。目前，氢气的制取有 种较为成熟的技术路线：一是使用化石能源，如煤炭和天然气等制取氢气；二是利用焦炉煤气、氯碱尾气和丙烷脱氢等工业副产气来制取氢气；三是通过碱性电解水和酸性质子交换膜电解水等方法来制取氢气 。中国是全球最大的制氢国家，年产氢气约 。就氢气的来源而言，目前我国主要以煤制氢为主，约占 ；天然气制氢占比为 ；石油制氢和工业副产气制氢占比为 ；电解水制氢仅占 。影响选择制备氢气方式的主要限制因素是成本，煤制氢的成本为 元 ，天然气制氢的成本为 元 ，工业副产气转化第 卷第 期 年 月 石 油 化 工 技 术 与 经 济 制氢的成本为 元 ，电解水制氢的成本为 元 。氢气储运氢气的储存和运输技术是制约氢能产业大规模发展和应用的关键问题之一。氢气在常温、常压下为气体，容易扩散，储能密度低，燃烧温度范围广，容易使金属材料产生氢脆，因而增加了高效安全输送和储存的困难。目前主要的氢气储存方式有：高压气态储存、低温液态储存、液态有机储存和固态储存。一般根据储氢状态和运输量的不同，将氢气的运输方式划分为气氢输送、液氢输送和固氢输送。适用于大规模氢能运输的技术方案主要有高压气氢拖车、液氢槽车、管道输氢 种方式，高压气氢拖车运输是中国目前主流的氢气运输方式；液氢槽车运输具有质量密度高、氢气纯度高的优点，但是存在能耗高、投资大及成本高的缺点；管道输氢方式包括纯氢管道输送和天然气掺氢管道输送，可实现大规模、远距离、低成本运输氢气。目前，全球范围内氢气输送管道总里程已超过 ，中国在用的输氢管道仅数百公里，输氢管道建设则仍处于起步阶段。氢能应用氢能在国际上被广泛地应用于交通、储能、工业、民用等主要终端领域，并持续拓展工业领域的替代应用空间。根据中国氢能联盟的预测，到 年，中国对氢气的需求将达到 ，在终端能源体系中占比为 ；到 年，氢能在终端能源体系中的占比将超过 。但当前氢能在中国应用场景比较单一，主要应用于工业领域及交通领域。在交通领域，目前的核心应用是燃料电池和燃料电池汽车，氢燃料电池的优势在于加氢时间短、续航里程长、零排放。在工业领域，氢能具有高燃烧热值的特性，被广泛应用于钢铁、冶金、石化和水泥等工业生产过程中，用作原材料或提供高温热能，是实现工业领域深度脱碳的重要手段。在中国的氢气消费结构中，合成氨、甲醇和石油炼化行业占据了 以上的份额。石化企业氢能产业发展现状在低碳转型的大趋势下，国内外大型石化企业纷纷投入到氢能产业，依据自身的业务布局和发展规划，探索各自独具特色的产业发展模式。各大石化企业虽然发展路径各有不同，但均取得了长足的进展。国际石化企业氢能产业发展现状（）埃克森美孚认为清洁氢气有力地推动了工业向低碳经济转型，其目标是在未来几年实现以氢能为代表的低碳解决方案业务指数级增长。年，埃克森美孚宣布将于 年启动其位于得克萨斯州的大型氢工厂，使其成为世界上最大的低碳氢项目。（）壳牌积极布局氢能领域，为了提高氢能的经济性，注重从制氢、储存、运输到利用的一体化发展。该公司在全球范围内拥有广泛的业务，包括欧洲最大的绿氢项目 荷兰鹿特丹 海上风电制氢项目、德国莱茵已建成并运营的 电解水制氢项目，中国张家口 绿色氢能一体化示范项目等。（）将氢能视为其五大能源转型增长引擎之一，计划到 年每年生产 绿氢，并在核心市场占据 的份额。由于蓝氢具有明显的成本优势，决定大力发展蓝氢业务，并宣布 年在英格兰建设产能为 的蓝氢生产项目，该项目建成后，将成为全球最大的蓝氢生产基地。（）雪佛龙认为氢能是重要的低碳解决方案之一，近年来发展步伐明显加快，宣布未来 年将投资近 亿美元拓展其绿氢和蓝氢业务。通过与丰田、康明斯等汽车企业建立战略联盟，重点探索氢能在工业和交通领域的应用；加强加氢站的建设，计划未来年在加利福尼亚州新建 座加氢站。（）道达尔的氢能产业布局广泛。在氢气制备方面，重点关注绿氢，力争成为全球清洁氢能的大型生产商，年与恩吉公司合作投建的法国最大的绿色制氢项目，投产后绿氢产量有望达到 。在氢能的应用领域，计划到 年新建 座加氢站。国内石化企业氢能产业发展现状（）中国石化以“打造世界领先洁净能源化工公司”为发展目标，在保障国家能源安全的基础上持续推动氢能业务的发展，建立了涵盖制备、储存、运输、加注、应用及研发的氢能全产业链，专注于氢能交通和绿氢炼化两个主要领域的发展。石 油 化 工 技 术 与 经 济 第 卷第 期 年 月积极推进氢能一体化业务的发展，在绿氢制备、加氢站、氢燃料电池以及储氢材料等多个领域取得重大突破。年，中国石化宣布打造中国第一氢能公司，计划“十四五”期间在全国建设 座加氢站或油氢混合站，同时，将大力推动可再生能源制氢，规划绿氢产量超过百万吨，打造全国最大规模的氢气制备、储存和加注网络。（）中国石油从 年开始涉足氢能领域，根据“清洁替代、战略接替、绿色转型”的总体部署，推动氢能产业链与天然气产业链以及可再生能源的协同发展，在化学化工和新材料领域充分发挥其基础优势，构建以蓝氢和绿氢为主的多元供氢结构，实现氢 电和电 氢的转化，并建立氢气储存、运输及终端加注供应链。年发布 中国石油绿色低碳发展行动计划 ，计划 年占据国内 的供氢市场。（）中国海油近年来也加快了布局氢能领域的步伐。年组建了新能源分公司，探索氢能领域。中国海油注重融合协同，以海上风电为主，因地制宜发展氢能业务，探索发展多能互补的综合能源供应系统。目前在天然气制氢、煤气化制氢及海上风电制氢方面取得了技术上的突破，并制定了“十四五”末新能源、新产业收入占比达到 的目标。石化企业氢能产业链分析（）氢气制备。石化企业的炼厂氢气资源丰富，为氢能产业的发展提供了低成本、稳定的氢气来源。目前国内氢气主要来源于石化企业工业副产制氢、煤气化制氢和天然气制氢，但炼厂产出的氢气主要属于“灰氢”，并不符合低碳转型需求，未来发展会受到环保政策的限制。石化企业油田矿区一般占地面积大、光照充分、风力充足，因此采用光伏或者风力发电进行电解水制氢具备良好的条件。近年来，国内外石化企业大力发展蓝氢和绿氢的制备技术，如中国石化在鄂尔多斯及库车均建立了万吨级绿氢示范项目，为国内绿氢产业发展提供了可复制、可推广的示范案例。（）氢气储运。石化行业的炼油厂分布广泛，具备优越的地域优势，可以实现氢气的低成本运输。目前，国内主流的氢气运输方式是 高压气氢拖车运氢，适用于运输距离较近（运输半径 ）和输送量较低的场景。但随着技术进步，的高压气氢拖车运氢将成为主流，可以进一步降低氢气运输成本。管道输氢是大规模、远距离运输中成本最低、发展潜力最大的方式，石化企业可以利用独有的天然气管线掺入氢气的输送方式，进一步降低运输成本，扩大氢能应用范围。中国石化提出的“西氢东送”输氢管道已纳入国家规划，“西氢东送”管道起于内蒙古自治区乌兰察布市，终于北京市的中国石油化工股份有限公司燕山分公司，全长 多公里。作为中国首条跨省区、大规模、长距离的纯氢输送管道，具备 的运输潜力，对跨区域氢气输送管网建设具有重要示范意义。（）加氢站。加氢站是连接上游制氢、中游运氢和下游用氢的重要枢纽。石化企业具有大量的加油（气）站，最接近终端消费市场，将来可以加以利用，改建为加氢站，为氢能应用提供坚实的设施基础。截至 年年底，中国加氢站达到 座，约占世界总量的四成，其中，中国石化拥有 座，位居世界第一。中国的加油站数量超过 万座，因此，中国的加氢站建设具备巨大的潜力。但国内加氢站建设存在着诸多问题：一是加氢站利润率低，运营成本高，目前普遍处于亏损状态；二是加氢站的效率与国外先进水平有差距，有待提高；三是加氢站建设成本过高，远高于加油站；四是加氢站关键设备的国产化仍存在技术短板，需要进一步攻关。对中国石化企业氢能业务发展的建议（）全力推动氢能全产业链发展。国内石化企业要在保障国家能源安全的前提下，立足主业，充分发挥其炼化企业布局范围广、加油站与天然气管道等基础设施完善、管理经验丰富及人才集中等优势，利用低成本氢气资源，在氢能产业链中发挥主导作用，带动地方及企业大力推进氢能产业发展，推动产业链上下游企业深度整合，促进氢能全产业链的快速发展。（）加大技术研发力度。国内氢能基础研究较为薄弱，创新性不足，核心技术和关键材料尚存“卡脖子”风险。要充分发挥以中国石化为代表的大型石化企业的带头作用，利用其深厚的技术积累，加强统筹，科学组织全产业链的关键核心技第 期（）姜振强 石化企业氢能业务发展现状及建议术攻关，着力解决实际应用的关键技术难题，避免研发资源分散、低效竞争。（）大力推动氢能应用。充分利用现有管道基础设施，积极推进氢气输送管道建设；完善加氢站等基础设施建设，改造加油站和加气站，并合建加氢站，努力实现氢能社会的构建。参考文献 潘志丽 国际氢能委员会：年全球清洁氢终端需求 世界石油工业，（）：张灿，张明震，申升，等 中国氢能高质量发展的路径建议与政策探讨 南方能源建设，（）：赵聪颖 氢能发展趋势分析及对石化企业的建议 当代石油石化，（）：殷伊琳 我国氢能产业发展现状及展望 化学工业与工程，（）：徐硕，余碧莹 中国氢能技术发展现状与未来展望 北京理工大学学报：社会科学版，（）：罗佐县，杨国丰“双碳”目标下我国氢能产业发展路线研判 当代石油石化，（）：（，），：，櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵 中国化学环己烷制苯工艺完成中试近日，中国化学工程集团（股份）有限公司子公司中化学科学技术研究有限公司开发的环己烷脱氢合成苯工艺在山东滕州中试基地完成中试。催化剂稳定性评价结果表明：环己烷转化率高于 ，苯选择性高于 ，并通过科技成果鉴定。环己烷主要用途是通过氧化制备己内酰胺和己二酸，但该工艺存在污染严重、安全性差、成本高等问题。而苯加氢制环己烯、环己烯水合制环己酮工艺由于原料易得、副产物少、安全可靠等特点，逐步替代环己烷原料用于己内酰胺、己二酸等行业。但苯加氢制环己烯、环己烯水合制环己酮工艺副产大量环己烷。据悉，在一定温度、压力和脱氢催化剂的作用下，将副产环己烷直接脱氢转化为苯和氢气，继而将苯和氢气再循环至苯加氢装置作为生产原料，使副产环己烷得到有效利用，避免环己烷转运或储存所带来的额外投资或风险，实现原料与产品在装置内的闭环循环，达到绿色、环保、高效、节能、无废物排放的目的。下一步，研究团队将加快万吨级工业化工艺包编制工作，加大推广应用力度。（中国石化有机原料科技情报中心站供稿）石 油 化 工 技 术 与 经 济 第 卷第 期 年 月