隨著氫能的普及，不少投資者瞄準了工業(yè)副產(chǎn)氣制氫。一些業(yè)內專家、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)獲得廉價原料和良好收益，降低全社會用氫成本，促進氫燃料電池車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，是多方受益的好事。但現(xiàn)實果真如此嗎?

上篇：

產(chǎn)量大、有技術、成本低

看上去都是優(yōu)勢

工業(yè)副氫是工業(yè)副產(chǎn)氣制氫的簡稱。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。

以焦爐煤氣、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)的焦爐煤氣427立方米計算，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標準立方米)，扣除50%回爐煤氣，可向社會供氫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)濟回收利用的工業(yè)副氫量高達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目(主要指丙烷脫氫和乙烷裂解)和甲醇項目，預計2023年前后我國丙烷脫氫、乙烷裂解、甲醇產(chǎn)能將分別達到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)后期不再擴張，屆時，上述最具制氫潛力的行業(yè)副產(chǎn)氫氣也將高達735萬噸/年。這還僅是簡單地將其中的氫氣分離提純的結果。如果將上述工業(yè)副產(chǎn)氣中的一氧化碳、甲烷、烴類同時變換/氧化轉化為氫氣，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)氣制純氫技術難題均已突破，且得到工業(yè)化應用驗證。

據(jù)業(yè)內專家介紹，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其實施分離提純。其中，深冷分離工藝設備投資大、工藝運行要求苛刻、單位能耗高。但其優(yōu)勢是：產(chǎn)能大，單套制氫規(guī)模達5000～10萬標準立方米/小時，氫氣回收率高達90%～98%，原料中只要氫氣超過10%即可，且所得氫產(chǎn)品的經(jīng)濟運輸半徑大。

與深冷分離法相比，變壓吸附和膜分離均無須對氣體深冷液化，因此裝置的能耗大幅降低，操作條件相對溫和。尤其變壓吸附，工藝簡單、技術成熟、單套制氫規(guī)模與深冷技術相當、裝置投資中等、生產(chǎn)和運營成本低、所得氫產(chǎn)品純度高，是目前最為經(jīng)濟實用的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫純氫技術，建成運行的工業(yè)化裝置最多。

膜分離工藝設備初期投資小，但因高端膜及相關輔助材料依賴進口，導致裝置運營成本高，且單套制氫規(guī)模不超過1萬標準立方米/小時，目前國內尚未大規(guī)模工業(yè)化推廣應用。不過，為了滿足《質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》(GB/T37244-2018)標準中“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+膜分離復合工藝，但這樣會導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，可針對不同工業(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。”石油和化學工業(yè)規(guī)劃院原副總工程師劉延偉對記者說。

根據(jù)中國電動車百人會《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2020》公布的數(shù)據(jù)，丙烷脫氫、乙烷裂解、燒堿副產(chǎn)氣、焦爐煤氣、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(標準立方米價，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價格上漲而上漲。當天然氣價格分別為1元、2元、3元、4元、5元時，對應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。當煤炭價格分別為200元(噸價，下同)、400元、600元、800元、1000元時，對應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子交換膜電解水制氫。前者技術工藝成熟、相關設備全部國產(chǎn)化，制氫規(guī)?？蛇_1000標準立方米/小時;后者關鍵材料質子膜基本依賴進口，最大制氫規(guī)模200標準立方米/小時。當電價為0.3元(千瓦時價，下同)、0.35元、0.4元、0.45元、0.5元時，堿性電解水制氫/質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)1千克氫會排放19千克二氧化碳，在雙碳目標約束下，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營、分布式應用的經(jīng)濟性要求相悖。天然氣制氫則受制于天然氣供應不足和價格高企，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、技術先進與成熟度，以及碳排放與環(huán)境因素，工業(yè)副產(chǎn)氫無疑是當前性價比最高的制氫途徑。

下篇：

實產(chǎn)少、原料緊、環(huán)保難

用起來都是愁事

有資源、有市場、有成本優(yōu)勢，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)副氫項目調研論證時，才會愕然地發(fā)現(xiàn)：理想很豐滿、現(xiàn)實很骨感。

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%的焦爐煤氣就超過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，企業(yè)節(jié)能環(huán)保意識和精細化管理水平提高，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)用焦爐煤氣生產(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，幾乎全部需要補氫，副產(chǎn)的煉廠干氣或煉油尾氣，要么用來制氫補充系統(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，沒有多余荒煤氣對外銷售。旗下一家企業(yè)還因為無足夠的荒煤氣制氫，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。”陜煤集團神木煤化工產(chǎn)業(yè)公司董事長毛世強向記者道出了實情。

氯堿行業(yè)的副產(chǎn)氫曾被業(yè)內寄予厚望。然而現(xiàn)實是：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，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富氫，還需要補氫。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/小時電解水制氫裝置。”陜西北元集團副總經(jīng)理王奮中對記者說。

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，面臨原料漲價的風險。由于相關企業(yè)基本配套了工業(yè)副產(chǎn)氣利用裝置，即便因為氫燃料電池汽車用氫價格較高、相比其原利用方式更有利可圖，使相關企業(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)趁機漲價在所難免。近幾年令生物質熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)痛苦的枯枝、秸稈、木材加工廢料等生物質熱電聯(lián)產(chǎn)項目原料坐地起價的一幕，勢必會在工業(yè)副產(chǎn)氫領域重演。與此同時，隨著氫燃料電池汽車推廣應用提速，產(chǎn)業(yè)鏈日益成熟，政府補貼及支持政策退坡，氫能終端價格將持續(xù)走低。屆時，投資工業(yè)副氣制氫的企業(yè)將面臨原料漲價、產(chǎn)品跌價的雙重擠壓。

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。

根據(jù)相關規(guī)劃，2030年，我國可再生能源發(fā)電裝機將達12億千瓦?？紤]到可再生能源發(fā)電的間歇性以及電力存儲的難度與高成本，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，后期隨著技術進步、光電轉化率的提高，光伏電價低于燃煤發(fā)電將成為現(xiàn)實。

而據(jù)記者了解，2020年以來，國際上已有3起光伏發(fā)電招標電價低于0.1元/千瓦時。

“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，用其電解水制氫的成本也可與工業(yè)副氫抗衡。”中國科學院院士、中科院大連化物所研究員李燦這樣表示。

“沒有同步建設碳捕集和封存利用裝置的工業(yè)副氫，本質上也是灰氫，在無綠氫可用或綠氫供應不足時，這種灰氫有其發(fā)展的必要性，也具有一定的競爭優(yōu)勢。一旦可再生能源發(fā)電規(guī)模足夠大且價格持續(xù)下降，綠氫供應充足時，這些灰氫不僅面臨著激烈的市場競爭，還將面臨二氧化碳減排的巨大壓力。所以，需理性看待、謹慎投資。”陜西煤業(yè)新型能源科技股份有限公司總經(jīng)理徐國強這樣提醒。