石化企業(yè)在支持氫能生產(chǎn)與供應(yīng)優(yōu)勢(shì)

　　程一步 

　　在石化行業(yè)中，氫氣既是石油煉制和石油化工的副產(chǎn)品，又是石油煉制和石油化工加氫工藝過(guò)程的重要原料。隨著我國(guó)原油資源日趨重質(zhì)化、劣質(zhì)化，產(chǎn)品加工深度和無(wú)害化要求不斷提高，以及化工向下游的精細(xì)化發(fā)展進(jìn)步，氫氣原料的作用愈顯重要，噸原油加工氫耗呈上升趨勢(shì)。

　　利用石化資源和技術(shù)支持氫能生產(chǎn)與供應(yīng)

　　石化行業(yè)氫氣主要來(lái)自裝置副產(chǎn)和制氫設(shè)施。副產(chǎn)氫氣主要有重整副產(chǎn)氫、乙烯裂解副產(chǎn)氫等，此外，加氫裝置的低壓分離氣、焦化干氣等煉油廠富氫氣體，采用PSA吸附等提濃技術(shù)可提濃氫氣。制氫設(shè)施主要有天然氣或煉廠干氣作為原料的甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化制氫。近年來(lái)，煤制氫工藝由于氫氣成本較低也建設(shè)較多。煉油廠主要?dú)錃鈦?lái)源見表1。

　　初步測(cè)算，2017年我國(guó)石化行業(yè)共加工原油約5.68億噸，消耗氫氣約900萬(wàn)噸，其中重整副產(chǎn)氫約占40%，其余為天然氣制氫、乙烯副產(chǎn)氫、煤制氫及其他。

　　石化企業(yè)在支持氫能生產(chǎn)與供應(yīng)上有以下幾方面優(yōu)勢(shì)。

　　首先，具有制氫、用氫經(jīng)驗(yàn)及分布廣泛的氫源優(yōu)勢(shì)。石化行業(yè)具有數(shù)百萬(wàn)噸級(jí)制氫能力，企業(yè)分布在國(guó)內(nèi)各地且均具備制氫能力和經(jīng)驗(yàn)，可以為未來(lái)氫能利用提供氫源。

　　其次，具備利用加油站改造為加氫站優(yōu)勢(shì)。2018年我國(guó)已有超過(guò)10萬(wàn)座加油站，其中，中國(guó)石化、中國(guó)石油兩大集團(tuán)的加油站分別為3.06萬(wàn)座、2.14萬(wàn)座，分別占比29%、20%;民營(yíng)加油站約5萬(wàn)座，占比47%;中國(guó)海油、中化、中外合資等其他加油站合計(jì)約4200座，約占4%。加油站約有一半為石化企業(yè)所有，未來(lái)可利用這些加油站改造為加氫站，可節(jié)約大量站用土地征地費(fèi)用。

　　再次，具有強(qiáng)大的專業(yè)研發(fā)實(shí)力優(yōu)勢(shì)。國(guó)有石化企業(yè)擁有數(shù)量眾多、科研實(shí)力雄厚的研究單位，在制氫、氫儲(chǔ)運(yùn)、儲(chǔ)能技術(shù)和材料等研發(fā)上具有優(yōu)勢(shì)。

　　石化企業(yè)發(fā)展氫能業(yè)務(wù)面臨四大問題

　　根據(jù)全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書》(2016)研究結(jié)論，我國(guó)近期、中期、長(zhǎng)期氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)如下：

　　近期：2020年，可用于氫能利用的氫氣產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到720億立方米/年(648萬(wàn)噸/年)，其中可再生能源制氫示范項(xiàng)目和工業(yè)副產(chǎn)含氫氣體回收氫氣產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到10億～15億立方米/年;基本建成與美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家同等完善水平的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系;在京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、武漢等氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)*實(shí)現(xiàn)氫能汽車及加氫站的規(guī)?；茝V應(yīng)用，建成小規(guī)模的氫基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，加氫站總數(shù)達(dá)100座以上;固定式燃料發(fā)電達(dá)到20萬(wàn)千瓦，燃料電池運(yùn)輸車輛達(dá)到1萬(wàn)輛;在京津冀、長(zhǎng)三角等地區(qū)，示范應(yīng)用用戶側(cè)熱電聯(lián)供(CHP)氫利用系統(tǒng)。氫能產(chǎn)值目標(biāo)3000億元。

　　中期：2030年，可用于氫能利用的氫氣產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到1000億立方米/年(900萬(wàn)噸/年)，其中清潔和低碳制氫產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到200億立方米/年;馳放氣等工業(yè)副產(chǎn)含氫氣體回收利用效率大幅提高，產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到100億立方米/年;累計(jì)建成3000千米以上氫氣長(zhǎng)距離輸送管道;擴(kuò)大加氫站的覆蓋面，重點(diǎn)構(gòu)建沿高速公路的加氫站點(diǎn)，連接重點(diǎn)區(qū)域，如形成京滬廣氫能高速公路，燃料電池車輛保有量達(dá)到200萬(wàn)輛，加氫站總數(shù)達(dá)1000座以上，初步形成與燃料電池車輛保有量相匹配的供氫網(wǎng)絡(luò);在京、滬、廣等重點(diǎn)區(qū)域推廣氫能軌道交通;固定式燃料電池發(fā)電規(guī)模達(dá)到10000萬(wàn)千瓦，其中分布式發(fā)電規(guī)模達(dá)到5000萬(wàn)千瓦。氫能產(chǎn)值目標(biāo)10000億元。

　　長(zhǎng)期：2050年，加氫站服務(wù)區(qū)域覆蓋全國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，參照加油站分布狀況及要求，完成高速公路加氫站布局;燃料電池車輛保有量達(dá)到1000萬(wàn)輛。氫能產(chǎn)值目標(biāo)40000億元。

　　從表2可以看出，未來(lái)氫能源產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌?chǎng)規(guī)模較大，石化企業(yè)可以利用自身優(yōu)勢(shì)，在氫能產(chǎn)業(yè)鏈中占有部分市場(chǎng)。

　　石化企業(yè)發(fā)展氫能業(yè)務(wù)面臨四大問題。

　　首先，介入氫燃料電池和加氫站業(yè)務(wù)較晚，不掌握先發(fā)優(yōu)勢(shì)，缺乏相關(guān)技術(shù)支撐。由于過(guò)去長(zhǎng)期從事傳統(tǒng)石油化工業(yè)務(wù)，石化企業(yè)介入氫燃料電池和加氫站業(yè)務(wù)較晚，不具備先發(fā)優(yōu)勢(shì)。目前還未形成有優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵技術(shù)，缺乏技術(shù)支撐。如對(duì)石化企業(yè)而言，目前在可再生能源發(fā)電、電解水制氫、混輸氫、加氫站運(yùn)營(yíng)建設(shè)等方面尚缺乏經(jīng)驗(yàn)。

　　其次，產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展面臨的風(fēng)險(xiǎn)較高。目前氫能產(chǎn)業(yè)處于導(dǎo)入期，產(chǎn)業(yè)尚不具備經(jīng)濟(jì)性，需要依靠國(guó)家和地方的補(bǔ)貼。全產(chǎn)業(yè)鏈流程較長(zhǎng)，上中下游發(fā)展不均衡。如終端應(yīng)用技術(shù)開發(fā)進(jìn)程影響上游資源供應(yīng)，提供氫氣和加氫服務(wù)的石化企業(yè)難以把握。產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展面臨的風(fēng)險(xiǎn)較高。

　　再次，國(guó)外專業(yè)公司覬覦國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。目前，國(guó)際上大的氣體公司如美國(guó)Air Products公司、法國(guó)Air Liquide公司、德國(guó)Linde公司、日本巖谷公司等，都對(duì)氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)非常重視。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，全球加氫站數(shù)目達(dá)到369座，其中Air Products 公司、Air Liquide公司和Linde公司建設(shè)的加氫站占全球加氫站總量的60%左右，是當(dāng)前氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主力軍。這些國(guó)外專業(yè)公司將是未來(lái)石化企業(yè)在制氫、輸氫、加氫業(yè)務(wù)方面的強(qiáng)勁競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

　　*后，國(guó)內(nèi)同行競(jìng)爭(zhēng)。根據(jù)初步研究，目前我國(guó)年產(chǎn)氫氣超過(guò)2000萬(wàn)噸，其中約50%用于生產(chǎn)合成氨和甲醇。我國(guó)當(dāng)前煤化工工業(yè)具有強(qiáng)大的制氫基礎(chǔ)，制氫富余量較大，這些企業(yè)均有可能與石化行業(yè)供氫業(yè)務(wù)形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。如國(guó)家能源集團(tuán)(原神華集團(tuán))已經(jīng)建成的80臺(tái)煤氣化爐，若用來(lái)為燃料電池車輛供應(yīng)氫氣，則每年可生產(chǎn)氫氣400萬(wàn)噸，可以為4000萬(wàn)輛車提供動(dòng)力。國(guó)家能源集團(tuán)已制定氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，根據(jù)其規(guī)劃，國(guó)家能源集團(tuán)擬把氫能產(chǎn)業(yè)打造成支撐其建成世界*清潔能源企業(yè)的重要板塊。為了推進(jìn)其氫能發(fā)展戰(zhàn)略落地，國(guó)家能源集團(tuán)正在著力探索建立氫氣從制取到應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈，參與產(chǎn)業(yè)投資和技術(shù)研發(fā)，其產(chǎn)業(yè)投資擬包括氫能的制備、氫能儲(chǔ)存和運(yùn)輸，加氫、供氫設(shè)施;技術(shù)研發(fā)擬包括制氫技術(shù)、儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)、燃料電池技術(shù)等。

　　利用自身優(yōu)勢(shì)發(fā)展氫能業(yè)務(wù)

　　目前新能源汽車的發(fā)展很快，對(duì)石化行業(yè)的影響日趨明顯。根據(jù)有關(guān)研究，如果按照規(guī)劃2020年新能源汽車保有量達(dá)到500萬(wàn)輛計(jì)算，預(yù)計(jì)將替代汽油435萬(wàn)噸，汽油替代率為2.9%;2025年將替代7.4%的汽油;2050年后新能源汽車保有量突破1億輛時(shí)，將替代27.6%的汽油，屆時(shí)整個(gè)成品油的替代率也將上升到14.2%，必將嚴(yán)重影響傳統(tǒng)交通油品生產(chǎn)和銷售。石化企業(yè)要密切跟蹤新能源汽車的發(fā)展動(dòng)態(tài)，特別是關(guān)鍵技術(shù)的突破，超前謀劃石油產(chǎn)業(yè)鏈的轉(zhuǎn)型與調(diào)整，應(yīng)該積極滲透、適時(shí)介入新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈，尤其是氫能產(chǎn)業(yè)鏈。

　　國(guó)家《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016–2030年)》中已對(duì)氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新提出了要求：①研究基于可再生能源及先進(jìn)核能的制氫技術(shù)、新一代煤催化氣化制氫和甲烷重整/部分氧化制氫技術(shù)、分布式制氫技術(shù)、氫氣純化技術(shù)，開發(fā)氫氣儲(chǔ)運(yùn)的關(guān)鍵材料及技術(shù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本氫氣的制取、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、應(yīng)用一體化，以及加氫站現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)氫、制氫模式的標(biāo)準(zhǔn)化和推廣應(yīng)用。②研究氫氣/空氣聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)技術(shù)、甲醇/空氣聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(MFC)技術(shù)，解決新能源動(dòng)力電源的重大需求，并實(shí)現(xiàn)PEMFC電動(dòng)汽車及MFC增程式電動(dòng)汽車的示范運(yùn)行和推廣應(yīng)用。③研究燃料電池分布式發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用并推廣。石化企業(yè)可發(fā)揮主業(yè)依托優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)開展相關(guān)工作。

　　第一，開發(fā)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本、高效、低污染制氫。目前化石原料制氫技術(shù)成熟，在其他制氫技術(shù)尚不成熟階段，可作為過(guò)渡性的制氫方式，但需重點(diǎn)解決投資成本高、污染嚴(yán)重和碳排放量大等問題。生物質(zhì)制氫原料來(lái)源廣泛，屬于可再生能源，應(yīng)用前景光明，但產(chǎn)氫速率慢和效率低是*大的局限。電解水制氫是制備高純度氫氣的*主要來(lái)源，盡管技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單，但由于采用直接電解方式，綜合考慮發(fā)電效率，能量轉(zhuǎn)化效率不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。光解水制氫利用取之不盡的太陽(yáng)能，未來(lái)工業(yè)化應(yīng)用潛力巨大，需要在光能利用效率和產(chǎn)氫速率等方面有所突破;如能充分利用可見光的能量進(jìn)行水解制氫，將極大提升光能利用效率和產(chǎn)氫速率。高溫?zé)峤馑茪湓砗?jiǎn)單，但實(shí)用性不強(qiáng)，高溫設(shè)備、氫氧分離和分解效率都是目前的瓶頸。熱化學(xué)循環(huán)水分解制氫可耦合核能、太陽(yáng)能甚至是工業(yè)廢熱進(jìn)行高效制氫，每一步反應(yīng)條件溫和，理論上不會(huì)排放任何污染物，若能在高溫耐腐蝕材料等方面實(shí)現(xiàn)突破，將是*有希望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)方式。石化企業(yè)近期應(yīng)開發(fā)低能耗、低排放化石原料制氫技術(shù)，如在煤資源、水資源和環(huán)境許可地區(qū)開展煤制氫的業(yè)務(wù)，為石化企業(yè)提供低成本氫源的同時(shí)，為附近氫設(shè)施提供氫氣;中長(zhǎng)期應(yīng)開發(fā)可再生能源制氫技術(shù)，如可以利用現(xiàn)有的油氣田作業(yè)區(qū)，發(fā)展可再生能源制氫、發(fā)電聯(lián)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)可再生能源和低成本制氫的耦合。

　　第二，建設(shè)運(yùn)輸、加油(氣)/充電/加氫一體化運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)。目前氫燃料汽車推廣應(yīng)用*大的障礙之一就是氫氣運(yùn)輸困難和加氫站嚴(yán)重不足。石化企業(yè)可利用天然氣管線、加油站和加氣站網(wǎng)絡(luò)遍布全國(guó)的優(yōu)勢(shì)，一方面可以利用現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)混輸利用棄風(fēng)、棄光等制取的氫氣供應(yīng)市場(chǎng)，另一方面可以依托現(xiàn)有加油站建立多功能加油、加氣、充電、加氫站一體化站，既滿足氫能發(fā)展需要，又可降低油品銷售下降對(duì)石化企業(yè)帶來(lái)的負(fù)面影響。

　　第三，加強(qiáng)與氫能產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的汽車輕量化等領(lǐng)域新材料開發(fā)。輕量化是新能源汽車發(fā)展的必然要求和方向，合成樹脂基材料開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新是汽車輕量化的關(guān)鍵所在，包括新型高強(qiáng)度、低密度輕質(zhì)材料的開發(fā)和輕質(zhì)零件的制備等，石化企業(yè)可在未來(lái)汽車輕量化等領(lǐng)域新材料的發(fā)展中開發(fā)高性能合成樹脂材料有所作為。如開發(fā)新型儲(chǔ)能技術(shù)、電池材料，加強(qiáng)碳纖維、工程塑料、復(fù)合材料等高強(qiáng)度、低成本汽車輕量化材料開發(fā)，加強(qiáng)汽車制造用高端化學(xué)品(材料)開發(fā)，例如密封材料、輪胎材料、車身外部與內(nèi)飾材料、窗玻璃材料、大燈材料、發(fā)動(dòng)機(jī)周邊材料及涂料等。

　　第四，加強(qiáng)氫能利用領(lǐng)域科研基礎(chǔ)研究。石化企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)與氫能應(yīng)用相關(guān)的基礎(chǔ)研究工作。如新材料領(lǐng)域應(yīng)加強(qiáng)極性單體共聚技術(shù)、碳纖維復(fù)合材料技術(shù)、石墨烯改性技術(shù)、聚烯烴彈性體、發(fā)泡聚烯烴、特種合成橡膠、特種工程塑料等的研究，發(fā)展基于分子調(diào)控的高性能合成材料工藝，在未來(lái)材料發(fā)展中占得先機(jī)。氫燃料電池領(lǐng)域著重關(guān)注儲(chǔ)能技術(shù)和燃料電池的研究，特別是氫燃料電池，爭(zhēng)取在質(zhì)子交換膜、儲(chǔ)氫材料等關(guān)鍵技術(shù)上取得突破，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。氫能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域積極參與氫能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，把握技術(shù)發(fā)展方向，掌握市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)。

　　第五，加強(qiáng)與日本、美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家氫能利用方面的合作。目前日本在燃料電池各主要技術(shù)領(lǐng)域處于*的*地位，而且技術(shù)*為全面。美國(guó)在燃料電池技術(shù)方面具有較強(qiáng)的研究實(shí)力，從專利技術(shù)來(lái)看，美國(guó)的專利數(shù)量排名第二(美國(guó)*在燃料電池技術(shù)進(jìn)行了研究并成功應(yīng)用，但是近年來(lái)其專利數(shù)量被日本超越)。從燃料電池專利申請(qǐng)數(shù)量來(lái)看，德國(guó)排名第三。我國(guó)相關(guān)技術(shù)還有較大差距。石化企業(yè)可選擇與日本、美國(guó)、德國(guó)等*企業(yè)深入交流合作，借鑒國(guó)外的燃料電池和氫能技術(shù)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)氫能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，確保技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。(作者單位：經(jīng)研院)