制氫成本低至1.54元/Nm3！耦合綠氫幫石化成為零碳行業

我國石化行業是工業用氫的大戶，主要用氫領域包括合成氨、甲醇、現代煤化工、煉油等。據統計，2020年生產合成氨的中間原料——氫氣產能為1270萬噸/年，生產甲醇（包括煤經甲醇制烯烴）的中間原料——氫氣產能為1150萬噸/年，現代煤化工范疇內的煤間接液化、煤直接液化、煤制天然氣、煤制乙二醇的中間原料氫氣產能為411萬噸/年，煉廠用氫規模為450萬噸/年，焦炭和蘭炭副產氫綜合利用規模（不包括制氨醇產能）為615萬噸/年。一共3896萬噸/年。

當前，眾多煉油企業正向煉化一體化方向邁進，推動煉油傳統產能與氫能、生物質能協同發展，煉油廠化工轉型路線實質為多種加氫技術、裂化技術和多種裂解技術的集成優化，主要包括分別以“渣油加氫裂化+催化裂解”“蠟油、柴油加氫裂化+催化裂解”“渣油加氫處理+催化裂解”“渣油加氫處理+催化裂解”“全加氫裂化”為核心的四種關鍵技術路線。

我國石化產業用氫氣主要來自煤和天然氣制氫及工業副產氫，綠氫產量約1%。國內外尚無綠氫的統一標準，根據中國氫能聯盟提出的團體標準T/CAB0078-2020《低碳氫、清潔氫與可再生能源氫的標準與評價》，清潔氫和可再生氫的單位氫氣碳排放量閾值均為每千克氫氣排放4.9千克二氧化碳，可再生氫同時要求制氫能源為可再生能源。本文中綠氫是指可再生氫。

目前，綠氫在我國石化工業應用還處于工業示范階段，據不完全統計，國內代表性綠氫煉化項目主要包括中國石化新疆庫車綠氫示范項目、中國石化鄂爾多斯市烏審旗風光融合綠氫化工示范項目、蘭州新區液態陽光燃料合成示范項目、寧夏寶豐能源光伏制氫項目、大安吉電綠氫能源有限公司風光制綠氫合成氨一體化示范項目等（詳見表1）。這些示范項目綠氫制備主要采用堿水電解制氫技術，該技術具有工藝成熟，制氫成本低，單槽產氫量高，適合規模化應用等特點。

石化行業耦合綠氫應用場景多樣，傳統石化行業用氫領域合成氨、甲醇、現代煤化工、煉油等均適用，具體與當地產業布局和具體項目經濟性息息相關。根據各地風光條件和用地成本不同有所差別，我國西部、北部地區煉化企業風光資源較好、未開發地較多，適合開展大規模風光發電制氫并就地供應當地石化企業；我國東部沿海石化企業適宜開展大規模海上風電+適度規模制氫路線，具體制氫規模和建設進度根據海上風電技術成本進步情況來推進。

按照供電模式的不同，綠氫制取模式可以分為并網式制氫、離網式制氫和組合式制氫3種。各種制氫模式各有優缺點，關鍵看當地電網企業支持和合作情況（詳見表2）。綠氫煉化示范項目現大多采用氫能產業一體化模式，該模式覆蓋了產業鏈所有環節，利用企業集團的技術研發和設計能力、成本控制與供應鏈管控能力、綠氫就地消納能力和基礎設施依托等優勢，對產業鏈的全方位拓展和整合，實現各環節緊密融合和一體化效益最佳。以中國石化新疆庫車綠氫示范項目為例，該項目是全球在建最大的光伏綠氫生產項目，年產綠氫2萬噸，所產綠氫替代中國石化所屬塔河煉化公司現有天然氣制氫，預計每年可減少二氧化碳排放48.5萬噸。

石化行業耦合綠氫降碳的前景

石化行業作為我國高耗能高排放行業之一，按期實現“雙碳”目標任務艱巨，需要開發高效的低碳、零碳和負碳技術。石化行業耦合綠氫發展可以大規模工業降碳，有研究表明，如果僅考慮綠氫取代煤化工中變換工序制氫，原料煤中碳進入甲醇產品能從目前37.8%提高到71.8%，如果再考慮二氧化碳轉化成甲醇，按照李燦院士團隊已實現每年千噸級綠色甲醇合成報道，甲醇選擇性達到98%，原料煤中碳幾乎能全部轉化到甲醇產品中，煤化工耦合綠氫綠電后有可能成為零碳行業。

我國石化耦合綠氫降碳的工業化具有可行性。

一是我國石化行業有得天獨厚的風光資源優勢。我國風光等可再生能源資源潛力巨大，2021年底風電、光伏發電累計裝機約6.34億千瓦，發電量9785億千瓦時，已明確2030年風電和太陽能發電總裝機容量達到12億千瓦以上，其中在沙漠、戈壁、荒漠地區規劃建設4.5億千瓦大型風光基地建設。石化企業油氣田礦區很多位于沙漠、戈壁、荒漠地區，與我國優質風光資源高度重合，具有獲取風光資源優勢。

二是石化行業可實現可再生資源就地融合利用。石化企業自身是用電大戶，西北部可利用優質風光資源發電制氫就地供應當地石油化工企業，東南部可以利用海上風電制氫就地供應沿海石油化工企業，助力石化企業節能降碳。

三是石化耦合綠氫降碳工業化具有經濟可行性。我國已有多個萬噸級綠氫與石化工業耦合產業化示范項目在建設和運行，其中寧夏寶豐電力運營管理公司太陽能發電＋電解水制氫的成本控制在1.54元/Nm3（在0攝氏度1個標準大氣壓下的氣體體積）左右。如果考慮石化產業因綠氫替代帶來的減物耗、減碳排、節能和提產等帶來的額外利潤，相信石化耦合綠氫降碳項目的示范果不久就能達到工業推廣要求。

目前，我國石化行業耦合綠氫降碳還處于工業示范階段，尚不具備大規模推廣的條件，綠氫制取模式、技術路線還需要通過示范來驗證和優化提高。同時，石化行業耦合綠氫降碳符合能源發展趨勢和國家產業政策，是實現碳中和的必然要求，具有可行性，發展前景廣闊。由于該技術將會帶動石化工藝流程再造與新能源耦合體系的構建，將對石化行業產生深遠的影響，建議石化企業提早部署和謀劃。綜上，石化行業耦合綠氫降碳具有廣闊的前景。現在到2030年，石化行業供氫將逐步由灰氫向藍氫和綠氫過渡，2060年傳統化石能源將逐步退出，綠氫將大規模進入石化行業的主流程。

值得注意的是，我國石化行業耦合綠氫降碳還存在技術基礎薄弱、綠氫成本高于傳統能源制氫成本、產業合作模式不成熟、政策體系不完善等問題。為促進石化行業耦合綠氫降碳盡快形成產業化優勢，建議：

一是加快研發支撐綠氫煉化的前沿核心技術，包括高效電解水制氫技術、大規模儲氫技術和裝備、長輸管道輸氫技術、可再生能源發電與電網耦合技術、耦合綠氫的煉油化工工藝流程再造技術、電解水制氫耦合制甲醇或綠氨等化學品技術等前沿技術研究開發，不斷降低能耗和成本，加快推進綠氫與石化耦合降碳工業化示范項目。

二是國家盡快出臺能體現綠氫低碳環保屬性的綠氫定價機制、綠氫儲能的扶持政策、支持石化行業耦合綠氫降碳項目財稅扶持政策、新能源制氫項目的碳排放方法學等綠氫政策體系。

三是發揮綠氫作為物質與能量轉換媒介作用，加強可再生能源發電企業、電網企業、石化企業及關鍵設備制造商和科研單位間合作，探索多方融合共贏的發展模式。