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李毅中:中国的“制氢路径”
发布日期:2020-12-28

专家简介

李毅中,教授级高级工程师,工业和信息化部原部长、党组书记,我国工业经济联合会会长。中共第十四届、十五届中心候补委员,第十六届、十七届中心委员,第十一届全国政协委员,第十二届全国政协常委。

历任我国石化集团公司总经理、党组书记兼我国石化股份公司董事长,国务院国资委党委书记、副主任;国家安监总局局长、党组书记。

氢能产业链的制备—储运—加注—运用四个环节中,制氢是龙头。天然界并没有矿产氢气,氢气是二次动力,需求人工制备。制氢是个老论题,也是新论题。说其“老”,由于已有从化石动力制氢出产水煤气、组成氨尿素、甲醇等化工产品老练的氢碳平衡的工艺技能;说其“新”,由于氢经燃料电池转化为电,拓荒了新用处,发作了新需求,也伴生了新问题。因而需求仔细研讨,科学掌握。

氢动力开展合理当时,要科学合理地挑选制氢工艺途径,有必要从源头以环保、经济、安全、高效的要求完成氢能的供应。

首要,挑选取得氢源的途径,要防止CO2的很多排放。其次,制氢途径的挑选要掌握环保性、经济性、安全性、能效性。


制氢途径


挑选取得氢源的途径,要防止CO2的很多排放。


制氢途径


一般地说,制备氢气有几种途径:

榜首,化石动力制氢。煤、天然气、石油为质料开展化工不是以氢气为毕竟产品,而是进一步出产化工产品或用以深度加工进步质量和收率。煤炭中含氢很少,煤种不同只要2%~5%,存在于高分子侧链和官能团中。首要是用出产水煤气的方法产氢,一起伴生很多CO和CO2,进一步组成将碳固定在意图产品中,如尿素、甲醇等,防止或削减了CO2的很多排放。天然气和石油组分中含氢较高,约在15%以上,以甲烷为例,与水反响生成氢气和CO2,氢气收率较高,相同进一步组成为相关石化产品。假如将氢作为意图产品,不可逾越的问题是CO2的出路。出产1kg氢伴生的CO2分量,煤制氢约为11公斤,天然气制氢约为5.5公斤,轻油制氢约7公斤。作为温室气体的CO2绝不允许很多排放,气候变暖是对人类的要挟,少数排放也将会征收高额碳税。所谓CO2的捕集、运用和封存技能尚在实验并未产业化,亟待科技攻关。因而能够说,在当下的技能条件下,尽管化石动力制氢技能老练,但此途径并不可取,不宜新建。至于用甲醇裂解制氢伴生约7倍的CO2,如以乙烯、丙烯为产品是可行的,但以H2为意图产品,CO2相同不能很多排放,况且甲醇便是由煤制得的。

2019年6月“国际动力理事会”把这种伴有很多CO2排放的氢称为“灰氢”,把CO2经过CCUS或CCS运用或封存防止排放的氢称为“蓝氢”。明显“灰氢”不可取,灰变蓝才能够用。要加速CCS的研发和产业化,据悉日本川崎重工在澳大利亚用泥碳制氢已将CO2注入海底,需待考证。

第二,工业副产氢气的收回提纯运用。炼油尾气、乙烯尾气、氯矸尾气中含有不同份额的氢气。氢气是石油化工名贵的资源,经过加氢处理、加氢裂化等工艺进程可进步产品质量和收率。现在大体做到了能收尽收,能竭尽用。即便有少数未能收回也混入燃气作为燃料并未排放,石化企业现已遍及“消除”了火炬。从石油化工尾气中收回的氢气首要是满意自用,是否能有较多余量外供,需研讨和谐平衡。

至于焦炉气,即煤在阻隔空气加热干馏生成主产品焦炭,副产焦炉气和煤焦油等。焦炉气中含氢约50%~60%,其他是甲烷等,折算其间氢的分量收率不到2%。焦炉气是适合的化工质料,也可作为燃料气运用。不管从安全、环保仍是资源节省,都不或许很多放空,甲烷也是“凶猛”的温室气体。从焦炉气和其他工业含氢尾气中要经过脱硫、CO改换、甲烷化、变压吸附等处理提纯到99.99%的氢纯度并除掉CO、硫化物、卤化物等有害杂质,以防止用于燃料电池时使催化剂“中毒”。就煤焦化而言,其主产品焦炭首要用于炼铁,一吨铁约需0.35吨焦炭,假如把焦炉气作为首要意图产品而扩展炼焦才能会构成焦炭的严峻过剩,就舍本求末了,况且炼焦自身是高耗能、高污染,更要防止产能过剩。

第三,电解水制氢。是洁净的制氢技能。其间用可再生动力电解水制得的氢被“国际动力理事会”称为“绿氢”,是未来制氢的开展方向。需求研讨的一是要用非化石动力发作的清洁电源,假如用火电就没有意义了,这就要树立清洁电源的专用分布式电网。二是耗电过高要大力下降耗电,进步制氢能效。三是运用弃水、弃风、弃光“三弃”电量是或许的,数据显现,经过努力,2018年我国“弃水、弃风、弃光”率分别是5.8%、7%和3.1%,国际先进水平是3%,仍有必定潜力。削减“三弃”能够摊薄总发电本钱,如电力企业能够优惠价供电解水用电就更好了。现在在张家口、内蒙、新疆等地风电资源丰富的当地做试点,如氢能就近运用,防止长途运送就更合理了。

综上所述,希望业界在努力燃料电池攻关的一起,也要重视氢气的来历,寻求环保、经济、牢靠的氢气制备途径,其间化石动力制氢要防止温室气体CO2的很多排放。至于其他方法制氢如核能制氢、太阳能制氢、生物制氢等尚在研发之中,希望能加速攻关。氢气的制备要与贮存、运送、加注、运用和谐开展,执行氢源才能使整个产业链成为有源之水、有本之木。


科学合理


制氢途径的挑选要掌握环保性、经济性、安全性、能效性。


科学合理


制氢途径在工艺技能老练牢靠的基础上要科学掌握其特殊要求。至于环保先决前已简述,制氢进程不能发作温室气体CO2的很多排放,明显这是首要的、有必要的。我国已向国际许诺,CO2排放量2030年达峰后下降,而2018年全球排放CO2 331.4亿吨,增加1.7%,其间我国到达100亿吨增加了2.3%,形势逼人。主张国家应赶快拟定限排的标准规范并严格执行。“灰氢”不可取,“蓝氢”能够用,“废氢”可收回,“绿氢”是方向。

经济性点评包含购车、能耗、修理维护等多方面。仅从制氢点评,对已有各种制氢工艺技能的本钱有不同的版别和数据,收支较大,总的看是偏小了。大体上每kg氢气出产本钱在合理的原材料价格和电价的前提下,煤制氢10元,天然气、石脑油、重油、甲醇制氢约17元,工业副产氢收回提纯21元,电解水制氢30元。在此本钱价的基础上一是应核算氢气的彻底出产本钱,应包含折旧、税金、人工以及各项费用和制氢厂的合理赢利,构成氢气的出厂价。二是核算氢气的贮存、运送和加注的本钱、费税、赢利,构成燃料电池车用氢的零售价。用这个完好的商场价与汽油的商场零售价、与商用电价加充电站费用比较才公平合理,而不能用本钱价与含税商场价比较。并可据此提出相应的方针支撑要求,如减免税、财政补贴等。跟着制氢工艺设备的改善完善,氢气会有较大的降价空间,以显现其有竞争力的经济性。运用小型电解水制氢与加注合一配备,能够下降储运加注费用。

用氢的安全保证不能不是社会重视的热门之一。选用安全牢靠的技能和配备能够提供制氢、储运、加注和用氢的全产业链安全保证,这一点不容置疑。但这并不意味着能够改动氢的天然特点。氢气无色无嗅、重度低、热值高、易挥发,其爆破极限很宽,为4%~75.6%,仅次于乙炔,易燃易爆,属危险品。正如汽油在轿车中运用是安全的,但汽油毕竟仍是易燃易爆的危险品。我国大庆炼油厂加氢裂化车间1967年9月9日、抚顺石油三厂加氢车间1975年7月24日均因氢气走漏发作过特别严重和严重爆破人身事端;2015年10月18日某大学化学系一实验室发作氢气爆破人身事端。日前报导挪威的一家加氢站爆破。至于氢气球玩具发作爆燃烧伤事端,更有不少报导。我这样讲并不是耸人听闻或杞人忧天,而是前史的经验值得记取。在氢气全产业链中,都要把安全放在首位。

至于用氢的能效,需求研讨的问题,一是要考虑制氢功率,即所产氢气的单位热值/制氢进程中的单位能耗,现在只要60%。二是氢气用在乘用车上,每百公里耗1kg,电解水制1kg氢耗电约56kWh,而电动乘用车百公里耗电15-20kWh。希望燃料电池乘用车的功能进一步提高,使百公里耗氢有较大下降,一起大力削减电解水耗电以显现其较好的能效性。

活跃开展节能与新动力轿车是必然趋势。我国自2012年确认新动力轿车包含纯电动车、插电式混合动力轿车及燃料电池轿车。现在电动车产值、保有量都占全球的一半,电池、电机、电控都挨近或到达国际水平,充电桩建造也相应加速,已由培养期进入成长期。但仍需加大投入、加速技能创新,坚持不懈努力,推动燃油车的代替。燃料电池车的研发研发也取得了开展,具有功率大、续航长、加注快、低温功能好等长处,适合用于客车、卡车等商用车,有特定的运用场景更显其优势,能够成为新动力轿车大家族中的重要成员,有杰出的开展前景,相应要更长时刻。因而需全盘考虑、细致规划、攻坚克难、梯次开展。

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