什么是工业副产氢?
工业副产氢是指工业化学过程中产生的次要产物,而非主要目标产品。主要来源包括氯碱厂(氢气与氯气和烧碱同时产生)、钢铁生产中的焦炉煤气(含氢量为55%~60%)以及石油炼制中的催化重整。如果将这些氢气收集提纯,而不是将其燃烧掉或用作低品位燃料,则可获得低成本、近乎零碳排放的氢气供应,用于燃料电池汽车、工业应用或注入氢气管道。在中国,氯碱和焦化行业的副产氢量估计每年达数百万吨,使其成为近期重要的氢气供应来源。
关于工业副产氢的5个关键问题
中国工业副产氢的主要来源包括:(1) 氯碱行业——中国是世界上最大的氯碱生产国,每年产生约100万吨副产氢;(2) 焦炉煤气——中国钢铁行业产生大量的焦炉煤气,其中含氢量为55%~60%,部分氢气会被回收利用;(3) 石油炼制——催化重整和加氢裂化工艺会产生氢气作为副产品;(4) 丙烷脱氢(PDH)——随着中国石化行业的扩张,丙烷脱氢的产生量也在不断增长。这些来源加起来每年可提供数百万吨氢气,但目前尚未得到充分利用。
副产氢通常含有氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水分等杂质,必须在用于燃料电池之前去除。燃料电池对氢气纯度的要求为99.97%或更高(符合ISO 14687 D级标准)。提纯技术包括变压吸附(PSA),这是目前应用最广泛的高纯度氢气提纯方法;膜分离,适用于中等纯度要求,可实现连续运行且能耗更低;以及低温分离,适用于大规模应用。提纯成本会增加副产氢的最终成本,但通常低于专用制氢装置的全部生产成本。
副产氢的碳足迹取决于排放物在主要产品和副产氢之间的分配方式。在系统边界法下,副产氢的碳排放量被设定为零或极低,因为它原本会被燃烧或排放。在全生命周期分配法下,一部分工业过程排放物会被归因于氢气。实际上,氯碱和焦炉工艺产生的副产氢通常被归类为“灰氢”或“蓝氢”,而非“绿氢”。但利用副产氢可以避免使用化石燃料生产等量的氢气,从而实现净碳效益。
利用工业副产氢需要在生产现场配备净化设备,将其压缩至管道或管束运输压力,并配备储存设施和配送基础设施,以连接生产现场和最终用户。在中国,将制氢企业与燃料电池车队或加氢站集中建设的工业园区是最具资本效益的模式,可以最大限度地降低运输成本。广东、浙江和山东等省份的政府政策通过补贴净化设备和加氢基础设施来支持副产氢的利用。
目前,工业副产氢是中国成本最低的氢气供应方式之一,其生产成本(不含分销)为10-20元/公斤,而现有电解槽项目的绿色氢气成本为25-40元/公斤。然而,副产氢的供应地域集中于工业集群附近,且总量有限。随着电解槽成本的下降和可再生能源电力价格的降低,预计到2020年代末,绿色氢气的成本将与副产氢相媲美,尤其是在可再生能源资源丰富的地区。
关键要点
工业副产氢在中国是一种重要的、低成本且近期即可获得的氢气供应资源,尤其来自氯碱和焦化行业。与其将其燃烧掉,不如将其捕获和提纯,这样既能带来经济效益,又能带来环境效益。在上海氢能展(HE Shanghai),氢气提纯、压缩和分配设备的供应商致力于服务日益增长的副产氢利用项目市场。