天然气制氢非常规性定义非常规联姻废文网

　　东莞巨正源科技有限公司是深圳巨正源的全资子公司，也是 120 万吨丙烷脱氢制高机能聚丙烯项目标施行主体。克日，该项目在沙田镇立沙岛精密化工园区完成了产物别离塔吊装典礼，标记着项目建立片面进入攻坚阶段。该项目投资 105 亿元，用空中积 984 亩，是广东省重点建立项目，按方案，该项目分为两期建立，一期项目每一年可产氢气 2.8 万吨，二期项目建成后可构成15~20 万吨/年的氢气产能，能够保证广东省全省氢能源汽车的能源供给。

　　在对煤气化制氢本钱的测算中，参考中石化经济手艺研讨院 2015 年对煤气化制氢本钱的阐发，在中石化经济研讨院的本钱阐发中假定煤炭的价钱是 600 元/吨，水煤浆制氢安装为 12.4 亿元，消费的氢气范围为9 × 104m3/h。我们假定：

　　今朝支流的电解水制氢手艺有三品种型：包罗碱性电解水制氢、质子交流膜电解水(PEM)制氢和固态氧化物电解水(SOEC)制氢，此中碱性电解水制氢是最为成熟、财产化水平最广的制氢手艺，但其电解服从仅为 60-75%，外洋研发的 PEM手艺与 SOEC 手艺均能有用进步电解服从十分规攀亲废文网，特别是 PEM 手艺已引入海内市场。

　　因为今朝煤炭资本险些局部把握在国度手中，煤炭价钱难以有大幅度的降落。而且当今煤气化制氢的范围曾经较大，在野生用度逐步增加的状况下，将来很难经由过程范围效应来削减每立方米氢气的消费本钱。因而固然今朝经由过程测算所得的煤气化制氢的本钱较低，但将来煤气化制氢本钱的降落空间有限。

　　作为海内最早一批进入水电解制氢装备行业的企业，姑苏竞立建立二十多年以来，一直对峙手艺立异，成为海内制氢装备顶尖手艺的典范代表。公司研制的水电解制氢装备产量范畴从0.3m3/h 至 1000m3/h，其次要产物大型制氢装备（1000m3/h）次要用于电转气的市场需求，可有用处理弃风、弃光等成绩。

　　三是碳的零排放：与化石能源的操纵比拟，氢燃料电池在发生电能的过程当中不会发生碳排放，能够完成良性轮回。

　　测算氢气本钱与用电价钱成反比干系，假如请求氢气本钱低于 2.6 元/Nm3，则用电价钱要低于 0.50 元/kW·h。

　　经由过程上述测算，我们能够发明当煤炭价钱为 600 元时，大范围煤气化消费氢气的本钱为 1.1 元/Nm3。假如将制氢场合定在内蒙古，煤炭价钱低落为 200 元时，制氢气的本钱能够低落为 0.34 元/Nm3。

　　煤炭能够用于制备多种产业产物，此中煤制气的产能由 2017 年的 51 亿立方米/年同比增加 0.1%至2018 年的 51.05 亿立方米/年。更多干货请存眷微信公家号：氢能俱乐部。在此我们次要对煤制氢的办法和本钱停止会商。煤是我国制氢的次要质料之一，能够经由过程多种方法制取氢气，但今朝在我国氢气消费中占有次要职位的仍是煤气化制氢。

　　到氢能市场开展中期（2030 年阁下），煤制氢共同 CCS（碳捕捉）手艺、产业副产品、可再生能源电解水制氢将成为有用供氢主体，同时开辟生物资制氢等其他手艺；在氢能市场开展远期（2050 年阁下），我国将构成以可再生能源为主体、煤制氢+CCS 与生物资制氢为弥补的多元供氢格式。

　　自然气制氢装备、装置、土建及其他总投资 1528 万元，每一年自然气用度为 672 万元（占总本钱的62.11%），每一年景本合计 1082.4 万元十分规攀亲废文网，对应氢气本钱 1.35 元/Nm3。现别离计较差别制氢本钱状况下，对应的自然气价钱：

　　因为电费占全部水电解制氢消费用度的 80%阁下，因而水电解制氢本钱的枢纽在于耗能成绩。存在两条降本钱路子：一是低落电解过程当中的能耗，可经由过程开辟 PEM（质子交流膜电解） 及 SOEC（固体氧化物电解） 手艺来完成；二是接纳低本钱电力为制氢质料，枢纽在于依托光伏微风电的开展。以大产业电价均价 0.61 元/ kW·h 计较，当前电解水制氢的本钱为3.69 元/Nm3。当用电价钱低于 0.50 元/kW·h 时，电解水制备的氢气本钱才可与汽油相称。光伏体系发电本钱 0.5930 元/kWh，风电度电本钱约为 0.3656 元/kWh，且在将来仍有必然的降落空间。

　　2018 年弃风弃电量排名前三的省分别离为新疆、内蒙古和甘肃，天下均匀弃风弃电率为 7%，这三个省分均超越了 10%。因为可再生资本丰硕，西北省分也是电价最低的地域。

　　乙烯是中国需求量最大的烯烃之一，是分解塑料、纤维和橡胶的根底质料。按照中国财产信息网的信息，已往十年我国的乙烯表观消耗快速增加，从 2008 年的 1096 万吨增加到 2017 年的 2143 万吨，年均复合增加率为 8%。跟着乙烷裂解手艺的逐步成熟，海内企业开端规划乙烷裂解的大范围消费，估计到 2021年，乙烷裂解消费乙烯的乙烯产量将占比靠近 41%，而氢气作为乙烷裂解的副产物之一，也会跟着乙烷裂解手艺的不竭前进而产量快速增加十分规性界说。今朝我国计划中的乙烷裂解产能到达 1460 万吨，能够副产并外售的氢气到达 90.4 万吨。以是乙烷裂解副产物制氢同丙烷脱氢制氢不异，都是将来潜伏最具劣势的燃料电池车用氢源挑选之一。

　　2013 年，我国超越美国成为天下第一大能源消耗国，此中煤炭产量为 38.74 亿吨标煤，以后几年煤炭产量稍微走低至 2017 年的 35.2 亿吨，但 2018 年煤炭产量有所上升至 36.8 亿吨标煤。

　　自然气制氢中的甲烷水蒸气重整（SMR）是产业上最为成熟的制氢手艺，约占天下制氢量的 70%（IEA数据）。我国自然气价钱受资本天禀影响，自然气资本次要散布集合的中西盆地也是价钱最低的地域。特别是新疆、青海等地域自然气根本门站价钱低至 1.2 元/千立方米阁下。据测算，当自然气价钱为 2 元/Nm3时，测算出制氢本钱为 1.35 元/Nm3，比拟电解水制氢具有较着的本钱劣势。

　　化工副产品制氢的本钱难以零丁核算。今朝我国计划和在建的丙烷脱氢项目估计能够副产并外售 86.8 万吨氢。我国计划中的乙烷裂解产能到达 1460万吨，能够副产并外售的氢气到达 90.4 万吨。

　　可再生能源电解水制氢将上升为将来供氢主体。在氢能市场开展早期（2020-2025 年），化石燃料制氢与产业副产品制氢凭仗较低的本钱占有制氢构造的主体职位，跟着化石燃料产量降落，这两种方法占比逐步降落；

　　从制氢本钱方面看，煤制氢和自然气制氢本钱相对更低。就今朝四类制氢方法来讲，自然气制氢经济性最明显。

　　测算据测算，水电解制氢装备、装置十分规攀亲废文网、土建及其他总投资 1410 万元，每一年用电等用度为 2700 万元，每一年景本合计 2954 万元，对应氢气本钱 3.69 元/Nm3。现别离计较差别制氢本钱状况下，对应的用电价钱，以下表所示。

　　与其他国度比拟，我国产业电价位于中低程度。按照 2016 年统计数据，我国产业电价均匀为 0.107 美 元/千瓦时，居天下第八，仅为第一位的三分之一。相对较低的电价为我国开展电解水制氢供给了有益前提。

　　甲烷水蒸气重整是指在催化剂存在及高温前提下，使甲烷与水蒸气发作反响天生分解气。为避免催化剂中毒，质料自然气需停止脱硫预处置至硫的质量分数小于 1×10-7，然后颠末重整反响制备分解气，再颠末水煤气变更反响将 CO 进一步转化为氢气和CO2，最初将 CO2 经由过程变压吸附（PSA）脱除获得氢气。

　　氯碱制氢是以食盐水（NaCl）为质料，接纳离子膜大概石棉隔阂电解槽消费烧碱（NaOH）和氯气，同时获得副产物氢气的工艺办法。以后再利用 PSA 等手艺去除氢气中的杂质便可获得纯度高于 99%的氢气。

　　今朝以四类制氢方法为主：化石燃料制氢、产业副产品制氢十分规攀亲废文网、电解水制氢、生物资及其他制氢方法。固然制氢办法多样，但各存好坏。

　　自然气的次要身分是甲烷（体积含量大于 85%），因而普通说的自然气制氢就是甲烷制氢。甲烷制氢办法次要有甲烷水蒸气制氢（SMR），甲烷部门氧化（POX）和甲烷自热重整（ATR）。此中甲烷水蒸气重整（SMR）是产业上最为成熟的制氢手艺，约占天下制氢量的 70%，因而本文重点针对此办法停止降本钱测算。

　　西北地域大产业电价偏低十分规性界说。分省分来看，波谷、波峰电价在天下排名第一的别离是河北省和安徽省十分规攀亲废文网，青海省不管是波峰仍是波谷电价均为最低，天下波谷电价均匀为 0.33 元/千瓦时，波峰电价均匀为 0.90 元 /千瓦时。西南地域、西北地域的大产业用电价钱遍及在天下均匀线以下，关于开展电解水制氢节省能耗更加有益。

　　我国弃风弃电成绩凸起，利好电解水制氢。比年来，新能源的连续快速开展曾经远远超越电网承载才能，新能源耗损冲突非常凸起。弃风、弃水电量呈逐年增长趋向。我国今朝正鼎力促进可再生能源，由大批弃风、弃水发生的弃电是开展电解水制氢的有益前提。

　　今朝氯碱产业中本钱最高的部门是用电本钱，利用离子膜法消费烧碱所需的电耗 2150~2200 kWh/t。上面电解水部门曾经对我国电价的根本状况停止了引见，这里就不做赘述。

　　以汽油内燃机的综合热服从和CO2排放量为基准来比照。氢燃料电池的综合热服从最高，同时 CO2排放量少，是替换石油供应车辆动力的最好燃料。

　　关于煤气化制氢来讲，煤炭本钱占比最大，可以占到总本钱的 40%~45%，因而在制氢装备价钱较为牢固，流程中所需前提难以大幅度改动的根底下，低落煤气化制氢本钱该当从低落煤炭价钱动手。

　　自然气制氢：固然合用范畴广，可是质料操纵率低，工艺庞大，操纵难度高，而且天生物中的二氧化碳等温室气体使之环保性低落。

　　姑苏竞立制氢装备有限公司建立于 1993 年，是一家集研发、消费、贩卖水电解制氢装备、气体纯化、收受接管装备及各品种型的氢能专业装备于一体的高新手艺企业，在海内水电解制氢装备市场排名抢先，并到场多个国度项目和到场订定多项国度尺度。

　　我国自然气资本次要散布在中西盆地。受地质前提影响，公开自然气凡是呈会萃辨别布，我国自然气探明储量的 80 %以上散布在鄂尔多斯、四川、塔里木、柴达木和莺—琼五大盆地。从 2017 年自然气产量散布数据来看，陕西、四川、新疆三个省分的自然气产量占天下的 73%，自然气气源散布非常集合。

　　固然副产物中的二氧化碳能够注入油田来削减对其的加工处置，可是该使用因为运输方面等成绩还未获得大范围的使用。同时近几年国度关于排放废气的尺度愈来愈严，因而假定副产物用度不改动

　　化工副产物制氢次要能够分为焦炉气制氢、氯碱副产物制氢、丙烷脱氢和乙烷裂解等几种方法，此中氯碱副产物制氢的因为工艺本钱最为适中且所制取的氢气纯度较高档劣势，成为今朝化工副产物中较为相宜的制氢方法。

　　氢能市场远景宽广，电解水制氢是将来开展重点，当期制氢方法次要有四种：化石燃料制氢、产业副产品制氢、电解水制氢、生物资制氢及其他。此中化石燃料制氢与产业副产品制氢凭仗较低的本钱占有制氢构造的主体职位，但是跟着化石燃料产量降落、可连续开展理念的深化，氢能俱乐部氢能市场在远期（2050 年阁下）将构成以可再生能源为主体、煤制氢+CCS（碳捕捉）与生物资制氢为弥补的多元供氢格式。为测算与汽油价钱比拟具有合作力的氢气售价，本文将氢气的幻想本钱定为 2.6 元/Nm3 。

　　二是较高的能源转化服从：氢能能够经由过程燃料电池间接改变为电，过程当中的废热能够进一步操纵，其服从可到达 83%。氢气熄灭不只热值高，并且火焰传布速率快，焚烧能量低，以是氢能汽车比汽油汽车总的燃料操纵服从可高 20%。

　　今朝，自然气制氢还是我国最次要的制氢滥觞，占总制氢量的 48%。醇类重整制氢及煤制氢也占据相称大的比重，来自电解水的制氢量最低，仅为 4%。

　　为测算电解水制氢的本钱，假定制氢范围 1000 Nm3/h，年产氢 100 万 Nm3。测算历程及假定以下表：

　　在可再生能源制氢范畴，姑苏竞立正在负担由某国际出名油气企业和海内企业协作可再生能源制氢项目。姑苏竞立在原有装备根底上做了改良，使之可以接受一般电流 20%~110%的变革，以顺应可再生能源的颠簸性需求，今朝装备曾经做了一段工夫的模仿测试，接下来会到风电场停止实地测试。

　　氢气本钱占加氢站氢气售价的 70%。限制氢能推行的一个次要缘故原由是氢气比拟汽油等传统能源更高的价钱。加氢站贩卖的氢气价钱中，包罗制氢和储运氢气在内的氢气本钱占 70%，此中氢气原质料的价钱为50%，是最主要的一部门，因而制氢环节可否低落本钱是低落氢气售价的枢纽身分。

　　一是较高的含能特征：除核燃料外，氢的熄灭热值据一切化工燃料榜首，熄灭 1kg 氢可放出 12MJ（28.6Mcal）的热量，约为汽油的三倍。

　　关于自然气制氢来讲，自然气本钱是占比最大的部门，约占消费本钱的45~75%（IEA）。因而其降本钱战略应起首存眷自然气价钱。

　　国度统计局的数据显现，2018 年氯碱厂的产量为 2620.5 万吨，按照氯碱均衡表，烧碱与氢气的产量配比为 40:1，实际上 2018 年氯碱副产物制氢发生了 65.5 万吨氢气，即 73.8 亿Nm3的氢气。

　　公司建立于 1999 年，是广东省广物控股团体有限公司（广东最大的省属国有企业之一）的控股企业，公司的营业范畴包罗废品油及化工品商业、燃油及化工品储罐、燃料油船运、船埠运功课务等。

　　广东联悦氢能有限公司于 2017 年 6 月 30 日在广东省云浮市注册建立。公司是南中国地域较大的、专注于氢气产物消费和贩卖能源气体公司，具有行业先辈、抢先的装备和工艺，在制氢、运氢范畴具有较强的手艺劣势和多年积聚的丰硕经历。公司占空中积 5000 平米，每小时产能可达 1000m3，是华南地域最大的氢气专业消费运营企业之一。今朝曾经在江门、赣州、郴州和云浮别离投资建立了 4 座氢气工场。

　　我国煤炭资本次要的格式是西多东少、北富南贫。内蒙古、山西元煤产量抢先，煤价也相对偏低。当煤炭价钱为 600 元时，大范围煤气化消费氢气的本钱为 1.1 元/ Nm3。假如在煤资本丰硕的地域，当煤炭价钱低落至 200 元 /吨时，制氢气的本钱能够低落为 0.34 元/ Nm3。但因为煤炭价钱降落空间有限，且煤气化制氢企业已构成较大范围，将来煤制氢降本钱空间较小。

　　2013 年，丙烷开端作为化工质料被大范围利用，昔时中国入口丙烷数目为 245 吨，厥后入口量逐年上升至 1350 万吨。与此同时，丙烷脱氢项目也在不竭开展。停止 2019 年 1 月，我国曾经建成的丙烷脱氢项目总计消费才能 467 万吨/年，此中山东和江苏两个省分处于抢先地位。行业内曾经宣布的计划和在建的丙烷脱氢项目总计 45 个，触及消费才能 2605 万吨/年。若计划和在建的丙烷脱氢项目都已完成，估计能够副产并外售 86.8 万吨氢能，将来开展空间宏大，丙烷脱氢副产的氢气成为将来潜伏具有劣势的燃料电池车用氢源挑选之一。

　　2L 汽油车百千米耗油为 6—8 升，根据 7.3 元/L 的汽油售价，百千米燃料用度最多为 58.4 元。以丰田Mirai 氢燃料电池汽车为例，其百千米氢耗均匀程度为 1kg，意味着氢气的售价需降到 58.4 元/kg 以下才可与汽油同等，阐明氢气本钱需降到 29.2 元/kg。因为氢气靠近幻想气体，按照幻想气体方程 PV=nRT 可预算出 1Kg 氢气约为 11.19Nm3。因而氢气的幻想本钱约莫是 2.6 元/ Nm3。

　　电解水制氢是经由过程电能给水供给能量，毁坏水份子的氢氧键来制取氢气的办法。其工艺历程简朴、无净化，制取服从普通在 75%—85%，每立方米氢气电耗为 4—5 kW·h。因为电费占全部水电解制氢消费用度的 80%阁下，招致其合作力其实不高。更多干货请存眷微信公家号：氢能俱乐部。因而水电解制氢本钱的枢纽在于耗能成绩。由此引出两条降本钱的路子：一是低落电解过程当中的能耗十分规性界说，二是接纳低本钱电力为制氢质料。

　　因为差别品种的煤价钱有别，在这里我们次要考查各省分动力煤的价钱，能够发如今煤炭储量和产量较多的地域好比内蒙古、山西等省分，不异品种煤炭的价钱也相对其他省分较低。按照中国煤炭市场网公布的停止到 2019 年 1 月的数据，天下部门省分动力煤价钱以下，此中需求重点存眷的是内蒙古动力煤价钱仅为 360 元/吨，而混煤的价钱是 170 元/吨。

　　内地地域自然气价钱偏高，西北地域价钱最低十分规性界说。自然气价钱很大水平上受资本天禀的影响，自然气资本丰硕的地域，价钱响应偏低。非住民自然气价钱今朝正在逐渐市场化。2019 年 3 月 27 日，国度发改委颁布发表调解各省自然气根本门站价钱，经价钱调解后，上海、广东、浙江等东南内地地域自然气价钱遍及高于均匀价 1.68 元/千立方米，新疆、青海等西北地域价钱则低至 1.2 元/千立方米阁下。

　　固然我国每一年发生大批的弃风弃电，但因为弃风弃电发生的电压不不变、难以大范围推行等缘故原由，其毕竟不是处理电解水制氢本钱成绩的最优挑选。持久来看，光伏微风电是电解水制氢企业得到低本钱电力的次要滥觞。

　　我国煤炭资本较为丰硕且散布普遍，天下 32 个省市（除上外洋）都有煤炭资本，可是地区散布极不服衡，次要的格式是西多东少、北富南贫。此中山西、内蒙古、陕西、新疆、贵州等五省煤炭探明储量占天下比重到达 81%以上，且这些地域的煤质遍及较好。由 2018 年上半年天下各省份元煤产量也能够看出，内蒙古、陕西、山西三个省市产量占天下的 68%，因而可知西北部煤炭产量具有较着劣势。

　　西北地域弃风弃电量居首位。跟着我国可再生能源装机量逐年增加，每一年可再生能源弃电量惊人。2018年我国天下弃风弃电量 277 亿千瓦时，此中西北地域为 166.9 亿千瓦时，占天下的 60.25%，其次是华北地域（占天下 33.68%），东北地域占大批份额（天下 5.45%）。假如根据每立方氢气耗电 5 千瓦时来计较，天下弃风电量可消费 55.4 亿立方高纯度氢气。

　　产业尾气制氢：操纵产业产物副产品十分规性界说，本钱较低。可是以焦炉气制氢为例，不只受制于质料的供给，建立所在需依托焦化企业，并且质料具有净化性。