氯碱制氢行业发展概况分析

摘要

本文探讨了氢能制备技术、存储运输以及燃料电池氢气来源的问题。氢能的大规模、低成本和高效制备是关键性难题，影响氢气售价的主要因素是氢气成本。制氢方法包括非再生和可再生制氢，主流技术路线有多种，但控制碳排放和降低成本是未来发展方向。全球制氢主要依赖传统能源，而日本盐水电解产能占比高。国内焦炉煤气制氢为主，但燃料电池氢气主要来自氯碱工业副产品，利用PSA技术可获高纯度氢气。合理收集氯碱厂氢气对发展燃料电池有重要意义。

正文

氯碱制氢行业发展概况分析

    氢气的制备技术和存储运输等技术等，均影响到燃料电池所用燃料是否能方便快捷低成本地获得。其中氢能的大规模、低成本和高效制备是首先需要解决的关键性难题。

    日本氢气售价的构成主要由氢气原材料、氢气的生产运输成本、加氢站的固定和可变成本以及加氢站运营维护几个部分组成。其中涉及到氢气的制备和储运的成本占38%。而对比看来，汽油售价的重要组成部分则是汽油的消费税。

    影响我国氢气售价的最主要因素是包括制氢和储运氢气在内的氢气成本部分。据相关报道指出日本和我国的加氢站氢气售价价格组成可以发现，影响日本氢气售价的最主要的两个因素是氢气成本和加氢站固定成本，而影响我国氢气售价最主要的因素是氢气成本。

氢能体系

    根据氢气的原料不同，氢气的制备方法可以分为非再生制氢和可再生制氢，前者的原料是化石燃料，后者的原料是水或可再生物质。

    制备氢气的方法目前较为成熟，从多种能源来源中都可以制备氢气，每种技术的成本及环保属性都不相同。主要分为五种技术路线：氯碱工业副产氢、电解水制氢、化工原料制氢、石化资源制氢和新型制氢方法等。目前制备氢气的最主要问题是如何控制制氢过程中的碳排放 、成本方面，未来技术的主要发展方向是使用可再生能源电解水，包括生物制氢和太阳能制氢等。

主流制氢方法

全球制氢主要来源

日本不同制氢方法产能占比

    全球来看，目前主要的制氢原料 96%以上来源于传统能源的化学重整（48%来自天然气重整、30%来自醇类重整，18%来自焦炉煤气） ，4%左右来源于电解水。

    日本盐水电解的产能占所有制氢产能的 63%，此外产能占比较高的还包括天然气改制（8%）、乙烯制氢（7%）、焦炉煤气制氢（6%）和甲醇改质（6%）等。

    目前国内主流的氢气来源为焦炉煤气制氢，但考虑到所制得的氢气纯度不高（含硫），且制氢的过程耗时长、对环境造成污染，如果再经过脱硫脱硝的步骤则增加了制氢的成本。因此在考虑燃料电池所使用的氢气来源时，主要依靠氯碱工业副产氢、天然气、甲醇、液氨重整产生的氢气，未来在体系完善技术加强的情况下将逐步选用可再生能源电解水制氢，打造真正零污染的氢能供应链。

    目前燃料电池所使用的氢气来源最主要的途径是来源于氯碱工业的副产品。

    虽然从整个氢气产量来看，利用煤作为原料来制备氢气占全部制氢产量的三分之二，但是由于煤制氢气中含有杂质较多，对于纯化装置要求较高从而增加了成本，因此作为氯碱工业副产品的氢气用于供应给燃料电池作为原料的路线较为常见。氯碱厂以食盐水（NaCl）为原料，采用离子膜或石棉隔膜电解槽生产烧碱（ NaOH ）和氯气（ Cl2 ）， 同 时 可 得 到 副 产 品 氢 气。

    （2NaCl+2H2O→2NaOH+H2↑+Cl2↑）把这类氢气再去掉杂质，可制得纯氢。我国许多氯碱厂都采用 PSA 提氢装置处理，可获得高纯度氢气（氢纯度可达 99%~99.999%）。

    PSA 技术是利用气体组分在固体吸附材料上吸附特性的差异 ,通过周期性的压力变化过程实现气体的分离与净化。PSA 技术是一种物理吸附法。PSA具有能耗低、 投资少、 流程简单、 自动化程度高、 产品纯度高、 无环境污染等优点。

氯碱工业制氢流程

PSA技术流程

   根据氯碱平衡表，烧碱与氢气的产量配比为 40:1，理论上将产生氢气 75.7 万吨，即 85 亿 Nm3氢气，理论上可以供 243 万辆乘用车使用。但考虑氯碱厂区域分布、运输距离、期间损耗及不同车型的耗氢量，几十万辆的规模问题不大。

    目前氯碱厂对氢气的利用主要是两个方面，一是与氯气反应生产盐酸，另一方面将氢气直接燃烧，产生热能。但是后者需要的投资较大，因此大量的氯碱厂实际上将氢气都直接放空了。这样对于氢气资源实质上是一种浪费，如能合理收集氯碱厂所生产的氢气，对于发展燃料电池而言是一种合理的途径。

国内氯碱产能分布

我国氯碱厂产能和产量变化