近日，河北省發(fā)展和改革委員會等部門印發(fā)《河北省推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施意見》提出，以培育壯大氫能產(chǎn)業(yè)為目標(biāo)，要率先將河北打造成為全國氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高地。河北將主要圍繞制氫、儲運(yùn)加、燃料電池、應(yīng)用示范和產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

《意見》中明確支持唐山、邯鄲等地鋼鐵、化工等企業(yè)重點(diǎn)研發(fā)利用工業(yè)尾氣高效低成本制氫，提高深冷儲氫、用氫及純化技術(shù)。支持工業(yè)企業(yè)開展氫能應(yīng)用示范，支持河鋼集團(tuán)、峰峰集團(tuán)、旭陽焦化等工業(yè)企業(yè)，以“就近制取、就近使用”為原則，加強(qiáng)資源綜合利用，加快布局建設(shè)工業(yè)副產(chǎn)氣制氫項(xiàng)目，著力提高工業(yè)副產(chǎn)氫提純技術(shù)。同時(shí)以職工通勤車、物流車和載重貨車為切入點(diǎn)，配套建設(shè)制氫工廠和加氫站，大力推進(jìn)燃料電池重載汽車示范，形成可復(fù)制的商業(yè)模式推廣。

自2015年以來，煤炭、焦化、鋼鐵等行業(yè)逐步回歸理性，焦化企業(yè)經(jīng)歷了一場落后產(chǎn)能淘汰與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重大變革。隨著氫能和燃料電池的發(fā)展，開辟了焦?fàn)t煤氣新的利用方向。

我國是焦炭產(chǎn)量最大的國家，2017年我國焦炭產(chǎn)量 43142.6 萬t，其中約三分之一產(chǎn)自鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，全年副產(chǎn)焦?fàn)t煤氣約1000億m³。目前部分有效地利用，部分作燃料，還有約 20% 還處于放散狀態(tài)。煉焦過程中釋放的焦?fàn)t煤氣中富含氫氣(氫含量55%左右)，焦?fàn)t煤氣制氫是目前可實(shí)現(xiàn)的大規(guī)模低成本高效率獲得工業(yè)氫氣的重要途徑。而我國晉、冀、豫幾省是資源大省和焦化大省，氫源非常豐富，如何高效、合理地利用是關(guān)系環(huán)保、資源綜合利用和節(jié)能減排的重大課題。

氫燃料電池氫氣標(biāo)準(zhǔn)

氫燃料電池電極采用特制多孔性材料制成，它不僅要為氣體和電解質(zhì)提供較大的接觸面，還要對電池的化學(xué)反應(yīng)起催化作用，因此對氫氣中的雜氣凈化提取要求很高，個(gè)別雜質(zhì)組分更苛刻。其中 CO、CO₂、CH₄等含碳化合物對電池電極造成不可逆的碳蝕等永久性損壞。氫燃料電池的氫氣技術(shù)指標(biāo)符合表1。

表1 氫氣標(biāo)準(zhǔn)

焦?fàn)t煤氣成分

焦?fàn)t煤氣由于含有多種雜質(zhì)組分， 如粉塵、焦油、萘、苯、硫化物、氨及 HCN 等雜質(zhì)組分，在利用或進(jìn)入變壓吸附提純氫氣之前必須除去，以消除對后工序催化劑或吸附劑的影響。焦?fàn)t煤氣主要成分見表2。

表2 焦?fàn)t煤氣成分

主要制氫方式

焦?fàn)t煤氣常用的提氫的手段有膜分離提氫技術(shù)、深冷分離提氫技術(shù)與變壓吸附（PSA）提氫技術(shù)三大類。

01 | 膜分離提氫技術(shù)

膜分離技術(shù)的原理是膜的選擇透過性，即在分子水平上，不同粒徑的分子混合物在通過半透膜時(shí)，大于膜截留分子量的物質(zhì)分子無法穿過膜而流回料罐，小于膜截留分子量的物質(zhì)或分子則通過膜形成透析液。但在工程操作中，由于泵加壓后液流截面的不均勻性，一些透過膜速度慢的物質(zhì)也會少量滲透到膜的富氫側(cè)。膜分離提氫技術(shù)產(chǎn)品純度一般在85%~99% 之間，氫氣回收率為65%~80%。

02 | 深冷分離提氫技術(shù)

深冷分離技術(shù)是利用不同氣體冷凝點(diǎn)的不同，從而逐級液化混合氣體以達(dá)到氣體分離效果的工藝技術(shù)。在焦?fàn)t煤氣的深加工中，深冷分離很少單獨(dú)應(yīng)用于氫氣的分離提純，多是用于與甲烷氣體同時(shí)分離提純的場景，其氫氣產(chǎn)品純度可達(dá)85% 以上，回收率可達(dá)95% 左右。但由于諸如氮?dú)狻⒓淄榈葰怏w的液化溫度均很低，因此在氣量大時(shí)，深冷分離裝置需要提供大量的冷能，以完成目標(biāo)氣體的液化工作，耗能非常高，除此之外由于液化氣體溫度極低，因此在管道材質(zhì)及保溫材料上的投資也很高。

03 | 變壓吸附提氫技術(shù)

變壓吸附提氫技術(shù)是近年來逐步發(fā)展起來的一種氣體分離工藝技術(shù)，利用吸附劑在不同壓力下對不同物質(zhì)的吸附能力的不同而達(dá)到氣體分離凈化目的的技術(shù)，以其自動(dòng)化程度高，能耗低等優(yōu)點(diǎn)逐步增加自身市場份額，并且在提氫、脫碳等氣體分離領(lǐng)域均有著廣泛的使用。

變壓吸附技術(shù)由于能耗低、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)氣速度快，對原料氣凈化程度要求低等優(yōu)勢，在焦化廠中得到了廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)品氣純度最高可達(dá)99.9%，但回收率在60%~90%。在部分生產(chǎn)線中，為了穩(wěn)定產(chǎn)品氫純度，也有在變壓吸附工序后串接膜分離工藝的生產(chǎn)線。

此外，甲烷、甲醇轉(zhuǎn)化制氫以及天然氣制氫在工業(yè)中也已廣泛應(yīng)用，不再一一說明。

制氫成本分析

有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國已經(jīng)是世界第一大制氫國，現(xiàn)有煤氣化制氫約1000萬噸，天然氣制氫300萬噸以上，石油制氫300萬噸，工業(yè)副產(chǎn)氫約800萬噸，電解水制氫100萬噸。由下表可知，不同的制備方式制氫成本各有不同，詳見表3。

表3 常見制備方式及制氫成本分析

由表3可知，從成本看，煤焦化制氫和煤氣化制氫同樣具備優(yōu)勢。根據(jù)煤種不同，規(guī)?；褐茪涑杀疽芽煽刂圃?.8元/m³上下，有項(xiàng)目甚至低到0.4-0.5元/m³。相比至少2元/m³的天然氣制氫，及成本更高的電解水制氫，前者經(jīng)濟(jì)性突出。

據(jù)了解，國家能源集團(tuán)（原神華集團(tuán)）已經(jīng)建成的80臺煤氣化爐，若用來為燃料電池車輛供應(yīng)氫氣，則每年可生產(chǎn)氫氣400萬噸，可以為4000萬輛車提供動(dòng)力。石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院能源化工處副總工程師韓紅梅在受訪時(shí)也曾表示：“一個(gè)規(guī)模200萬噸/年的焦化廠，用5%的外送焦?fàn)t氣加工成氫能，就可滿足100輛出租車、300輛公交大巴、100輛物流車的供應(yīng)?！?/p>

總結(jié)

據(jù)預(yù)測，到2050年，氫能約占全球能源消耗總量的20%，氫產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值將達(dá)2.5萬億美元。巨大的市場潛力和發(fā)展前景將吸引更多企業(yè)加大對氫能的投入。目前國內(nèi)氫能的商業(yè)化應(yīng)用才剛剛起步，尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈與行業(yè)分工，在氫氣制取、運(yùn)輸、存儲、利用等各個(gè)環(huán)節(jié)都存在市場空間，為焦化企業(yè)介入氫燃料產(chǎn)業(yè)鏈提供了良好的發(fā)展機(jī)會！