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工业副产氢是未来10—20年最佳制氢途径之一
发布时间:2022-12-03 20:42:43 来源:最新亚博

  2020 年 12 月 12 日,我国在气候大志峰会上宣告了关于应对气候变化的最新方针,要求 2030 年比较 2005 年碳排放强度下降 65%以上。

  因而,未来单位 GDP 碳排放下降起伏仍然会较高。为完结 2021-2025 年、2026-2030 的碳排放强度,下降方针都需求在 18%左右。

  我国国家主席习在 9 月 22 日举行的第七十五届联合国大会上再次表明:“我国将进步国家自主奉献力度,采纳愈加有力的方针和办法,二氧化碳排放力求于2030年前到达峰值,争夺在2060年前完成碳中和。”

  在“双碳”方针的布景下,大力开展可再生动力,促进我国动力结构快速转型是到达“双碳”方针的必经之路和必要手法。

  从动力安全的视点讲,开发风能、太阳能等可再生动力是削减我国经济对世界油气依靠程度、推进动力转型晋级的有用处径,也是未来进步动力自给率的要点方向。

  此外,从钱银安全的视点考虑,现在世界石油买卖中的买卖钱银以美元为主,为了购买石油而储藏美元是必要手法。

  但因为近几年来美元的不安稳性对我国钱银安全形成必定影响,例如近期美联储为了拉动内需,影响本国国内经济,增发钱银导致美元必定起伏价值降低等事情。由此对各国的美元钱银储藏都有必定程度的负面影响。

  因而,关于开展可再生动力,削减动力对外依存度,进步我国动力安全与钱银安全环境是势在必行。

  针对我国现阶段各个工业的碳排放量结构发现,电力和热力的碳排放量占比51.4%,其间火力发电占我国电力系统发电比重最大,占全国发电总量的 73%。估量未来电力等动力活动的减排力度最大。

  该领域专家提出,完成碳中和的关键在于开展“零碳电力”。与此一起,开展可再生动力发电来保持我国的电力系统安稳就显得尤为重要,现在我国现有的多种可再生动力发电办法都处于较快的开展阶段,如光伏、风力、潮汐发电等。

  详细而言,我国现在的动力活动(包含动力出产进程和动力运用进程)碳排放需求减排 87 亿吨,占总减排量之比为 81%。

  动力出产进程(2018 年,电热出产二氧化碳排放量为 49.2 亿吨),电力出产需求减排 38 亿吨。2019 年我国碳排放量 115 亿吨,其间发电碳排放量 45.69 亿吨 CO2,占比 40%;工业焚烧碳排放量 33.12 亿吨 CO2,占比 29%。

  针对电力出产职业的碳减排作业,会形成我国对煤炭资源的运用率逐年下降,这对我国传统动力结构转型提出了更高的要求,开展可再生代替动力成为了必经之路和必要手法。

  氢能因其可存储、可发电、可焚烧,且无碳、焚烧热值高的特色,被称为是作为 21 世纪最具远景的清洁动力之一。未来对氢气的开发和使用有望助力处理我国动力的可持续开展问题。

  据《我国氢动力及燃料电池工业白皮书》,我国作为全球第一产氢大国,现有工业制氢产能为 2500 万 t/a。

  估量到 2030 年,我国氢气需求量将到达 3500万 t,在终端动力系统中占 5%(以热值核算)。

  估量到 2050 年氢能在我国动力系统中的占比约为 10%,氢气需求量挨近 6000 万 t。

  2020 年我国氢气产值首要来历在煤制氢占比 62%,天然气占比 19%,工业副产氢占比 18%以及电解水制氢 1%。

  煤制氢在氢气产值中占 62%,在操控煤炭用量寻求碳减排的一起,也需求寻求开展其他高效低本钱的制氢办法,现阶段的煤制氢+CCUS 碳捕捉技能、工业副产氢、电解水制氢等办法都需求大力开展来补偿因操控碳排放导致煤炭运用率下降从而导致的煤制氢产值的下降。

  因为化石动力制氢的碳排较高,且 CCUS 碳捕捉技能没有老练。关于未来煤制氢和天然气制氢仍有很长的开展路途。本文将针对我国现在现有制氢办法中工业副产氢和电解水制氢从技能、本钱、经济可行性等方面进行剖析论说。

  我国是全球最大的工业副产氢国家,因而副产氢在氢气供给方面有着得天独厚的优势。现在我国氢能开展道路分为初期、中期和远期。氢能工业开展初期,因为短期内电解水制氢本钱高,短时刻内很难成为氢气的首要来历,工业副产氢因为本钱低、运送便利等优势将成为短中期开展要点。

  进入中期阶段,将以可再生动力发电制氢、煤制氢+CCUS 碳捕捉技能等大规划会集安稳供氢为主,工业副产氢为辅助手法。远期来看,将以可再生动力发电制绿氢为主,煤制氢合作 CCUS技能、生物制氢等技能成为有用弥补。

  从氢能开展整体开展道路来看,工业副产氢将是氢能工业开展初期和中期的首要氢气来历之一。工业副产氢气纯化制氢不仅能进步资源有用使用率和经济效益,一起在碳排放量方面相关于现阶段电解水和化石动力制氢具有相对优势。

  此外,工业副产氢的商场容量巨大、散布广泛,能供给百万吨级的氢气供给,可为氢能工业开展初期供给低本钱高效益的散布式氢源。

  与其他办法比较,工业副产氢纯化制取高纯氢气,简直无需额定本钱及化石质料的投入,既节省本钱,又能完成对工业废气的处理和收回使用,适于规划化推行开展。

  在氯碱工业、乙烷裂化、合成氨、丙烷裂化等工业出产进程中均有许多氢气可收回。据全球动力互联网估量,每年我国各类工业副产氢气的可收回总量可达15 亿 m3,其理论产氢规划发电量可达 21 亿 kWh(依照转化功率为 50%计)。

  从氢气含量方面来看,氯碱工业副产的氢气量很大,每出产 1 t 烧碱可发生约 278 m3 副产氢气。

  现在,我国有氯碱出产企业近 200 家,可发生副产氢气约97 亿 m3。虽然许多氯碱企业配套了聚氯乙烯和盐酸出产线以使用副产氢气,但使用率仅在 60%左右,所以每年可剩下副产氢气 1.6 亿 m3(1.4 万 t),具有很大的质料氢使用潜力。

  丙烷脱氢(PDH)是将丙烷通过催化反应脱氢制丙烯,一起副产氢气。据我国氢能联盟核算,2019 年国内 PDH 总产能已达 6085 kt/a。

  现在,我国的PDH 项目投产共 8 个,在建 5 个,另规划有多个 PDH 项目,其间 4 个有切当投产年份规划,估量至 2023 年,PDH 项目将副产氢气约 41 亿 m3(37 万 t),可支撑燃料电池发电约 57 亿 kWh。

  焦炉煤气是煤在炼焦炉内干馏进程中发生的一种可燃性气体,其间含有许多氢气。我国是全球最大的焦炭出产国,每 t 焦炭可发生焦炉煤气约 350~450 m3,2019 年全国焦炭产值为 4.7 亿 t,发生的焦炉煤气达 1645~2115 亿 m3。焦炉煤气除用于回炉助燃、火力发电、城市煤气等用处外,剩下部分可经纯化获取高纯氢气,其间氢含量约为 55%~60%。

  从本钱方面来看,依据《我国氢动力及燃料电池工业白皮书(2019 年)》,归纳考虑设备折旧、运维和共用工程耗费后,副产氢气纯化作为燃料电池质料氢气的纯化本钱约为 0.3~0.6 元/kg,再将副产气体本钱计入,则制氢本钱为 10~16元/kg[22]。化石动力制氢价格最为低价,工艺最为老练,但其制备进程碳排放高。

  电解水制氢的氢气质量最好,但本钱也是最高的。依据万联证券 19 年 10 月发布的关于制氢终极计划的研究报告中说到,参阅均匀质料价格比较不同制氢工艺下的制氢本钱:

  煤制氢本钱为 9-11 元/公斤,是当时国内本钱最低的制氢道路 元/吨时);

  天然气制氢本钱为 20-24 元(天然气价格为 3.5 元/立方米时);

  甲醇制氢本钱为 23 元-25 元/公斤(甲醇价格为 3000 元 /吨时);

  电解水制氢本钱为 40 元-50 元/公斤(电力价格为 0.6 元/kWh 时)。

  由此可见与其他制氢办法比较,工业副产氢纯化制氢办法的优势在于无化石质料参加且简直不需额定本钱投入,所获氢气在本钱和减排方面均具有明显优势。

  虽然从长时刻来看,电解水制氢是最清洁环保的办法。但考虑到现在电解水制氢用电结构中火电占比较大,仍然面对碳排放问题。依照当时我国电力的均匀碳强度核算,电解水制得 1 公斤氢气的碳排放为 35.84 千克,是化石动力重整制氢单位碳排放的 3-4 倍。

  但现阶段,假如考虑“离网”电解制氢,风能与太阳能发电均有具有较大的波动性与间歇性,若电解水设备彻底离网运转,其运转时刻就彻底取决于发电设备的运转状况。其运转时刻仅为并网制氢的 1/5,因而形成制造费用较并网制氢高约 4 倍。

  依据调研,现在国内 MW 级以上的风景耦合制氢示范性项目没有离网制氢,均为并网制氢。

  因而,现阶段电解水制氢面对电价、设备本钱过高级要素影响,开展尚不老练,但随着技能的完善和推行使用,其本钱有望快速下降,必定是未来制氢的开展趋势之一。但就短期来看,工业副产氢是未来 10—20 年过渡阶段最佳途径之一。

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