鄭結(jié)斌

（中國氯堿工業(yè)協(xié)會）

氫是宇宙中最豐富的元素之一，主要以水、碳氫化合物和各類有機化合物等化合態(tài)的形式存在。氫能來源廣泛、清潔無碳，應(yīng)用場景豐富，是推動傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想互聯(lián)媒介。

氯堿行業(yè)聯(lián)產(chǎn)氫是工業(yè)副產(chǎn)氫來源之一，氯堿企業(yè)應(yīng)抓住機遇，推進氫氣在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用。將氯堿行業(yè)副產(chǎn)氫氣融入國家氫能發(fā)展大戰(zhàn)略之中，不斷提高行業(yè)氫氣的利用率和附加值，發(fā)揮副產(chǎn)氫氣的重要作用。

1 氫能是中國實現(xiàn)雙碳目標的重要途徑

2020年9月22日，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上發(fā)表重要講話，表示中國“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。中央“十四五”規(guī)劃建議在2035年目標中也提出“廣泛形成綠色生產(chǎn)生活方式，碳排放達峰后穩(wěn)中有降”。2021年，中央財經(jīng)委員會第九次會議上，總書記明確提出“要把碳達峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局”，“拿出抓鐵有痕的勁頭”如期實現(xiàn)“雙碳”目標，彰顯中國堅持綠色低碳發(fā)展的戰(zhàn)略定力和決心。

大力發(fā)展清潔能源是碳中和的主要路徑之一。清潔氫能已成為全球所有碳中和路線的關(guān)鍵支柱之一。在加速能源行業(yè)轉(zhuǎn)型的背景下，氫能憑借來源豐富、燃燒干凈、低碳零污染、熱值高、用途廣泛等優(yōu)點受到國內(nèi)外的高度重視，中國也積極引導(dǎo)，支持氫能行業(yè)的發(fā)展。

表1 中國氫能相關(guān)主要政策

2 中國氫能發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國家政策要求

氫能具有眾多優(yōu)點，目前備受全球矚目，而且被稱為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉?，近年來在世界范圍?nèi)發(fā)展勢頭良好。

中國在“雙碳”目標下，經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和能源轉(zhuǎn)型勢在必行，其中氫能發(fā)展成為熱點，備受各級政府、相關(guān)企業(yè)的關(guān)注。

國家發(fā)展改革委、國家能源局2022年聯(lián)合發(fā)布了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》，對中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行頂層設(shè)計，并對中國氫能產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展具有重要指導(dǎo)性意義。

2.2 地方政府積極推動

國家重視氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時將氫能作為中國布局未來能源產(chǎn)業(yè)的重要方向之一，因此也極大推動了地方政府的積極性，地方政府高度重視當?shù)貧淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展，陸續(xù)出臺相關(guān)政策，并制定實施方案。大部分省份和地方城市都出臺氫能相關(guān)的發(fā)展規(guī)劃、指導(dǎo)意見和實施方案。北京、上海、廣東、河南和河北燃料電池汽車示范城市群相繼獲批，全國形成“3+2”燃料電池汽車示范格局。

在地方政府積極推動下，中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)初步形成長三角、珠三角、京津冀、成渝和中部地區(qū)為代表的五大發(fā)展區(qū)域，為氫能產(chǎn)業(yè)投資、技術(shù)提升、產(chǎn)品示范推廣、基礎(chǔ)設(shè)施配套建設(shè)等帶來重大機遇。

2.3 中國已成為產(chǎn)氫大國

中國氫氣產(chǎn)量已成為世界第一，但主要用于工業(yè)原料而非能源。除了在傳統(tǒng)化工、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用外，已經(jīng)開始在能源、交通、建筑等其他領(lǐng)域穩(wěn)步推進，并且不斷進行擴大應(yīng)用試點。從2018年開始，中國氫氣年產(chǎn)量就已經(jīng)超過2 000萬t，2021年超過3 300萬t，同比增長32%，成為名副其實的全球產(chǎn)氫大國。2016-2021年中國氫氣產(chǎn)量見圖1。

圖1 2016-2021年中國氫氣產(chǎn)量圖

根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》和中國氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2030年中國氫氣年需求量將從3 342萬t增加至3 715萬t，2060年則增加至1.3億t左右，在終端能源消費中占比達到約20%。在實現(xiàn)碳中和、碳達峰目標的過程中，氫氣需求量也將逐步提高。2020年-2060年中國氫能需求量見圖2。

圖2 2020-2060年中國氫能需求量圖

2.4 中國氫能產(chǎn)業(yè)鏈長、產(chǎn)值大

氫能產(chǎn)業(yè)鏈長、產(chǎn)值大，上游為制氫環(huán)節(jié)，中游為氫氣的儲運，下游為氫能的應(yīng)用領(lǐng)域。

根據(jù)中國氫能聯(lián)盟的預(yù)計，2020年至2025年，中國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達1萬億元，2026年至2035年產(chǎn)值達5萬億元。氫能源的有效利用既可以減少碳排放，又可以降低對化石能源的依賴，應(yīng)用場景豐富，包括交通、電力和建筑等四大領(lǐng)域。預(yù)計2050年交通領(lǐng)域氫氣需求將接近4 000萬t，工業(yè)領(lǐng)域氫能需求將超過3 500萬t，建筑領(lǐng)域氫氣需求將接近2 000萬t。

2.5 儲運對氫能發(fā)展至關(guān)重要

氫的儲運技術(shù)可分為物理儲運氫和化學(xué)儲運氫兩大類別。前者包括高壓氣態(tài)、低溫液化、管道、物理吸附等。后者包括無機儲氫材料和有機儲氫材料，無機儲氫材料包括金屬氫化物、絡(luò)合氫化物、復(fù)合氫化物和化學(xué)氫化物；有機儲氫材料包括環(huán)烷烴、氮雜環(huán)、液氨、甲酸和甲醇等[1]。

物理運輸氣態(tài)氫是簡單的氫儲運形式，將氫氣混入現(xiàn)有的天然氣管道中，或使用專用的氫氣管道，或利用加壓容器運輸氫氣是當前最為現(xiàn)實的氫儲運技術(shù)路線。不過，由于氣態(tài)氫的體積能量密度低，加上運輸距離有限，其他形式的氫運輸需求不可避免地會相應(yīng)增加。像所有其他氣體一樣，氫氣也可以低溫液化后，以冷液形式進行運輸。此外，化學(xué)存儲形式，例如轉(zhuǎn)化為氨或使用液態(tài)有機氫載體（LOHC），也構(gòu)成了其他具有高發(fā)展?jié)摿Φ臍浯鎯蜌湮锪骷夹g(shù)。

目前制約氫能儲運產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一就是氫氣的儲運成本，并且隨著運輸距離的增加，成本也必然隨之增加。高壓氣態(tài)運輸氫氣是成本較高的運輸方式，而管道長距離大輸量運輸氫氣則是成本較低的運輸方式。當下中國氫能產(chǎn)業(yè)仍處初期發(fā)展階段，對于大規(guī)模、長距離運氫的需求不大，普遍采用的是氣態(tài)高壓儲氫與集束管車運輸?shù)姆绞健?/p>

3 中國氯堿行業(yè)副產(chǎn)氫應(yīng)用情況

3.1 氯堿行業(yè)氫氣產(chǎn)量較大、分布廣

2022年中國氯堿行業(yè)氫氣產(chǎn)能116萬t/a，單個企業(yè)氫氣平均產(chǎn)能0.7萬t/a，副產(chǎn)氫氣99萬t。氯堿行業(yè)副產(chǎn)氫雖然在氫氣來源總量中占比較小，但為工業(yè)副產(chǎn)中一個穩(wěn)定的來源。中國氫氣產(chǎn)量、增長率走勢圖見圖3。

圖3 中國氫氣產(chǎn)量、增長率走勢圖

2022年，中國燒堿總產(chǎn)能4 658萬t/a，跟燒堿產(chǎn)能分布相同，氫氣產(chǎn)能116 t/a，分布于除北京市、海南省、貴州省和西藏自治區(qū)外的省、自治區(qū)和直轄市。2022年中國各省份氫氣產(chǎn)能及企業(yè)數(shù)量統(tǒng)計見表2。

表2 2022年中國各省份氫氣產(chǎn)能及企業(yè)數(shù)量統(tǒng)計

中國華東、華北等東部地區(qū)燒堿行業(yè)發(fā)展歷史悠久，也是下游消費的主要市場。并且當?shù)芈葔A企業(yè)配套耗氯產(chǎn)品品種較多，有一定的消耗氯氣能力，以解決堿氯平衡問題，此外地理位置的條件使得出口外銷方面有一定的優(yōu)勢，當?shù)貧滟Y源較為豐富。西北地區(qū)主要依托資源優(yōu)勢，配套PVC產(chǎn)品發(fā)展，燒堿生產(chǎn)成本優(yōu)勢較為突出，其氫氣成本相對較低。從各省產(chǎn)能分布來看，山東地區(qū)燒堿行業(yè)氫氣產(chǎn)能依舊保持首位，占比超過四分之一。

3.2 氯堿行業(yè)副產(chǎn)氫氣純度高、成本低

目前，燃料電池汽車用燃料氫氣現(xiàn)行國標為GB/T37244-2018，國標中要求13項指標的標準。燃料電池用氫合格標準見表3。電解飽和食鹽水得到的氯堿副產(chǎn)氫氣純度達到99.5%以上，雜質(zhì)元素非常少，是比較優(yōu)質(zhì)的原料氫氣，通過凈化，達到燃料電池汽車用燃料氫氣標準是比較容易實現(xiàn)。氯堿行業(yè)已有企業(yè)具有將氯堿副產(chǎn)氫氣提純?yōu)槿剂想姵貧錃獾墓に嚰凹夹g(shù)。

表3 燃料電池用氫合格標準

同時，氯堿行業(yè)仍有一定量的氫氣排空，排空氫氣的利用成本基本為零。綜合考慮設(shè)備和后續(xù)精制純化成本，氯堿副產(chǎn)氫是氫燃料電池汽車理想的氫氣來源之一。

目前，燃料氫的運輸方式主要是長管車運輸，一般充裝壓力在20 MPa。按照目前售價測算，運輸距離超過175 km時，氫氣銷售基本沒有利潤。這與氫氣來源、價格、運輸距離、車輛價格、技術(shù)發(fā)展等因素都有關(guān)，這些因素限制了燃料電池汽車的規(guī)?；l(fā)展，需要依靠政府積極推動，才能實現(xiàn)氫能交通的快速發(fā)展，實現(xiàn)破局。2022年，國家五部委批準全國第一批“3+2”燃料電池汽車示范城市群，采用“以獎代補”的方式鼓勵氫能交通應(yīng)用發(fā)展，四年示范期間要求示范城市群完成：車用氫能終端售價不超過35元/kg，符合技術(shù)指標的車輛推廣規(guī)模超過1 000輛，建設(shè)并投入運營加氫站超過15座的目標。當前氫燃料汽車已經(jīng)基本實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，氫燃料電池汽車數(shù)量實現(xiàn)快速增長，同時，各省市在不斷布局加氫站，推動氫能交通發(fā)展[2]。

3.3 氯堿行業(yè)目前氫氣資源主要下游應(yīng)用和利用方式

氯堿行業(yè)基礎(chǔ)的氫氣利用是合成氯化氫用于生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂及合成鹽酸、雙氧水等耗氫產(chǎn)品。

燃氫鍋爐是以氯堿企業(yè)生產(chǎn)過程中富余氫氣作為爐體燃料，遇空氣燃燒后高溫?zé)煔馀c純水經(jīng)過熱交換形成蒸汽，供生產(chǎn)加熱使用。如何安全使用純度99%氫氣作為鍋爐的燃料是重點和難點。

建設(shè)氫氣充裝站是來自燒堿裝置氫氣干燥處理體積分數(shù)為99.8%的氫氣送至氫氣充裝站緩沖罐，經(jīng)PSA變壓吸附提純系統(tǒng)將氫氣提純至體積分數(shù)達到99.999%，低純度氫氣直接高空排放，高純氫氣經(jīng)過無油增壓氫氣壓縮機壓縮至20 MPa，壓縮后的氫氣通過氫氣充裝臺充裝至長管槽車（魚雷車）或氫氣瓶外運銷售。

利用氫燃料電池技術(shù)建氫能電站是將氫氣轉(zhuǎn)化為電能。不僅生產(chǎn)過程無污染、無噪聲，而且轉(zhuǎn)換效率高，循環(huán)不產(chǎn)生有害物質(zhì)，副產(chǎn)物是純凈水，發(fā)電效率更高達80%以上，可直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過熱能和機械能的中間變換。

中國氯堿行業(yè)的氫氣資源使用方式具體分為企業(yè)自用、氫氣外銷和氫氣排空。

（1）企業(yè)自用

目前約一半左右的燒堿企業(yè)氫氣全部自用，氯堿行業(yè)氫氣總的自用比例在85%，主要分布在西部和中部地區(qū)。國內(nèi)氯堿企業(yè)幾乎全部配套合成鹽酸裝置，企業(yè)通過裝置生產(chǎn)情況和鹽酸市場情況調(diào)整產(chǎn)量。西北地區(qū)大多氯企業(yè)通過合成氯化氫進行聚氯乙烯生產(chǎn)，其他耗氫產(chǎn)品主要以雙氧水、鹽酸等為主。另外氯堿企業(yè)配套燃氫鍋爐提供蒸汽也較為普遍。

（2）氫氣外銷

氯堿企業(yè)氫氣外銷也是一種主要的氫氣利用方式，總體比例在12%。部分氯堿企業(yè)直接通過管道輸送至園區(qū)內(nèi)下游企業(yè)，用于煉油生產(chǎn)、有色金屬生產(chǎn)、氣體提純等，相對較遠距離的銷售則通過管束車或氫氣魚雷車運輸。如果氯堿企業(yè)直接進行純氫或高純氫的銷售，則需要配套建設(shè)氫氣充裝站。

（3）氫氣排空

隨著氯堿行業(yè)對氫能的重視程度提高和氫氣利用量增加，氯堿行業(yè)氫氣排空量近幾年大幅降低，目前總體比例在3%。部分燒堿企業(yè)富裕氫氣如果沒有更好的利用途徑將氫氣進行無效排空處理。

近幾年，隨著國家鼓勵推行清潔能源利用，部分氯堿企業(yè)投入運營加氫站和氫燃料電池，開始嘗試氫能向新能源領(lǐng)域的發(fā)展。中國氯堿企業(yè)對氫氣價值轉(zhuǎn)化關(guān)注度不斷提高，并向新興領(lǐng)域進行探索實踐。氯堿行業(yè)開始培育新的利潤增長點，圍繞氫能產(chǎn)業(yè)鏈布局逐漸展開。作為無碳、清潔、高效的能源，氫能高效利用是實現(xiàn)碳中和、碳達峰的重要途徑之一。

3.4 中國氯堿行業(yè)氫氣利用區(qū)域分布特點

中國西北地區(qū)燒堿和聚氯乙烯產(chǎn)品的配套程度較高，氫氣作為合成氯化氫的主要原料大部分用于聚氯乙烯的生產(chǎn)，富裕氫氣量十分有限[3]。

東部地區(qū)雖然燒堿和聚氯乙烯的配套程度較低，但是國內(nèi)燒堿的主產(chǎn)區(qū)，化工園區(qū)的規(guī)劃較為完善，氫氣園區(qū)就地轉(zhuǎn)化率較高，目前對氫氣的利用也較為充分。但由于燒堿企業(yè)產(chǎn)能較大，且相對集中，富裕氫氣的企業(yè)也多集中在此地區(qū)。

南部地區(qū)燒堿企業(yè)氫氣利用相對不足，大多企業(yè)無主要耗氫產(chǎn)品。當?shù)責(zé)龎A企業(yè)數(shù)量較少，且產(chǎn)能相對較低，外銷氫氣量和排空相對不多，但個別企業(yè)氫氣自用量相對較低。

中國氯堿行業(yè)部分企業(yè)走在氫能發(fā)展前列，氫能利用各具特色。在氫能利用上，業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)的作法值得借鑒。部分氯堿企業(yè)氫能利用情況見表4。

表4 部分氯堿企業(yè)氫能利用情況

4 中國氯堿行業(yè)氫能發(fā)展趨勢

石化行業(yè)氫氣生產(chǎn)利用仍將持續(xù)穩(wěn)步增長。工業(yè)副產(chǎn)氫也是目前氫氣供應(yīng)的一個主要來源。氯堿行業(yè)副產(chǎn)氫氣是氫能氫氣來源之一，總體供應(yīng)量仍有限。在國家“雙碳”目標下，提高全行業(yè)對氫能認識和重視程度，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)氫氣來源，合理利用調(diào)配有限的氫氣資源。

將氯堿行業(yè)副產(chǎn)氫氣融入國家氫能發(fā)展大戰(zhàn)略，提高氫氣附加值，氯堿企業(yè)將氫能開發(fā)作為企業(yè)的發(fā)展目標和重點方向，實現(xiàn)跨入新能源領(lǐng)域，開辟新的增長點。

4.1 完善現(xiàn)有氫能利用體系，深度參與氫能發(fā)展

在布局供氫體系的過程中，氯堿企業(yè)應(yīng)抓住機遇，加大氫氣在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用。完善氯堿行業(yè)副產(chǎn)氫氣利用體系，不斷提高行業(yè)氫氣的利用率和附加值。同時由于氯堿企業(yè)分布的區(qū)域性強，區(qū)域特點也非常明顯，制氫、儲氫、運氫、加氫是一套新的系統(tǒng)配套工程，企業(yè)根據(jù)行業(yè)區(qū)域性和企業(yè)所處地區(qū)特點，以不同方式積極參與到當?shù)氐臍淠墚a(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的各環(huán)節(jié)之中。根據(jù)不同地區(qū)氫能的發(fā)展模式和特點，氯堿企業(yè)找到適合自身和行業(yè)的氫能發(fā)展方式和方向，深度參與氫能發(fā)展。

4.2 提高氯堿行業(yè)副產(chǎn)氫氣的附加值

從氯堿行業(yè)氫能利用現(xiàn)狀以及氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢來看，氯堿企業(yè)如何開發(fā)利用好氫能，還需要做很多工作。氯堿行業(yè)的氫氣既有基礎(chǔ)的利用途徑，又存在未來向新能源方面開發(fā)的空間。在氯堿的生產(chǎn)中，多種技術(shù)或多產(chǎn)品開發(fā)氫能將長期共存，各具特點。在不同時期的水電等原料價格、不同地域條件下，氫氣開發(fā)利用所體現(xiàn)的價值會有所不同，其競爭力水平也會有所差異。氯堿企業(yè)發(fā)揮在原有產(chǎn)業(yè)中的優(yōu)勢和競爭力，實現(xiàn)副產(chǎn)氫氣的高附加值利用。

4.3 加強合作，合理利用氫能

氫能行業(yè)是一個新興發(fā)展的新能源行業(yè)，是跨出氯堿行業(yè)的下游應(yīng)用領(lǐng)域。氯堿企業(yè)如何加強合作，發(fā)現(xiàn)和利用氫能產(chǎn)業(yè)鏈上相關(guān)有競爭力的企業(yè)和技術(shù)，在氫能產(chǎn)業(yè)鏈各節(jié)點上與之開展積極合作，加速適合氯堿企業(yè)的氫能項目落地。

氯堿行業(yè)副產(chǎn)氫氣是氫燃料電池等氫能發(fā)展的理想氫源之一，氯堿行業(yè)發(fā)展氫能或氫能合作有較大優(yōu)勢。在國家提出“雙碳”目標后，從行業(yè)層面和區(qū)域?qū)用嫣岣邔淠苷J識和重視程度以及提升氫氣供應(yīng)量，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)氫氣來源，合理利用調(diào)配有限的氫氣資源，發(fā)現(xiàn)和發(fā)展一些新的、有價值的利用方向，抓住氫能發(fā)展機遇。

目前氯堿行業(yè)氫能發(fā)展還處于初步階段，氯堿企業(yè)有布局加氫站、氫氣發(fā)電和氫燃料電池汽車供氫等，但多元化應(yīng)用場景仍未打開，需要協(xié)會、企業(yè)和社會其他氫能相關(guān)企業(yè)共同努力，產(chǎn)業(yè)鏈上下游緊密合作，合理利用氫資源。

加速氯堿行業(yè)氫能發(fā)展，探索出氯堿行業(yè)氫能理想發(fā)展模式，以氫能開發(fā)和利用為載體，助力氯堿行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降碳和綠色低碳發(fā)展。