近日，東方電氣(福建)創(chuàng)新研究院有限公司與中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司簽署項(xiàng)目合作協(xié)議，將讓無(wú)淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)應(yīng)用于長(zhǎng)慶油田。本次合作項(xiàng)目是無(wú)淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)在工業(yè)廢水利用領(lǐng)域的首次運(yùn)用，是里程碑式的突破。項(xiàng)目未來(lái)探索將海水制氫技術(shù)拓展到節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，為石化廢水、煉鋼廢水等工業(yè)廢水制氫提供路線參考。
01國(guó)家政策支持石化/煤化工企業(yè)制氫
10月25日，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布關(guān)于促進(jìn)煉油行業(yè)綠色創(chuàng)新高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)。
意見(jiàn)中指出：支持制氫用氫降碳。推動(dòng)煉油行業(yè)與可再生能源融合發(fā)展，鼓勵(lì)企業(yè)大力發(fā)展可再生能源制氫。支持建設(shè)綠氫煉化示范工程，推進(jìn)綠氫替代，逐步降低行業(yè)煤制氫用量。鼓勵(lì)強(qiáng)化加氫工藝選擇性，實(shí)施氫氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成優(yōu)化，降低制氫裝置碳排放。
7月27日，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布關(guān)于推動(dòng)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知。
通知中指出：在資源稟賦和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較好的地區(qū)，推動(dòng)現(xiàn)代煤化工與可再生能源、綠氫、二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）等耦合創(chuàng)新發(fā)展。
02石化/煤化工行業(yè)用氫千萬(wàn)噸級(jí)
我國(guó)石化行業(yè)是工業(yè)用氫的大戶，主要用氫領(lǐng)域包括合成氨、甲醇、現(xiàn)代煤化工、煉油等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年生產(chǎn)合成氨的中間原料—?dú)錃猱a(chǎn)能為1270萬(wàn)噸/年，生產(chǎn)甲醇（包括煤經(jīng)甲醇制烯烴）的中間原料—?dú)錃猱a(chǎn)能為1150萬(wàn)噸/年，現(xiàn)代煤化工范疇內(nèi)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(chǎn)能為411萬(wàn)噸/年，煉廠用氫規(guī)模為450萬(wàn)噸/年，焦炭和蘭炭副產(chǎn)氫綜合利用規(guī)模（不包括制氨醇產(chǎn)能）為615萬(wàn)噸/年。
當(dāng)前，眾多煉油企業(yè)正向煉化一體化方向邁進(jìn)，推動(dòng)煉油傳統(tǒng)產(chǎn)能與氫能、生物質(zhì)能協(xié)同發(fā)展，煉油廠化工轉(zhuǎn)型路線實(shí)質(zhì)為多種加氫技術(shù)、裂化技術(shù)和多種裂解技術(shù)的集成優(yōu)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(guān)鍵技術(shù)路線。
03石化/煤化工行業(yè)用水量大 廢水排放多
我國(guó)煤、水資源分布嚴(yán)重不均勻，富煤地區(qū)往往缺水，有水的地方卻又少煤。資源稟賦決定了現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目必須用好寶貴的水資源。
現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目到底能不能少用水？這也是從行業(yè)起步之初到今天，被問(wèn)了十多年的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。以煤制烯烴、合成氨、甲醇等細(xì)分領(lǐng)域?yàn)槔?020年單位產(chǎn)品取水量分別為22立方米/噸、12立方米/噸—16立方米/噸、13立方米/噸。
除此之外，石化/煤化工企業(yè)還是廢水排放大戶，日廢水產(chǎn)生量幾千噸甚至上萬(wàn)噸，要做到廢水零排放，其成本幾乎是天文數(shù)字，是企業(yè)根本難以承受的，一個(gè)投資百億的現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目，水處理成本高達(dá)10億以上。
以神華包頭煤制烯烴升級(jí)示范項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目總投資171.508億元，主體工程主要包括粉煤加壓氣化、變換、低溫甲醇洗、硫回收、甲醇合成、甲醇制烯烴（MTO）、聚乙烯、聚丙烯、空分等裝置。公輔工程主要包括罐區(qū)、循環(huán)水系統(tǒng)、火炬系統(tǒng)等。其中環(huán)保投資32.90億元，占項(xiàng)目建設(shè)投資的19.18%。環(huán)保工程主要包括污水處理系統(tǒng)、回用水系統(tǒng)、蒸發(fā)結(jié)晶裝置、廢氣處理裝置、油氣回收裝置及新建廠外渣場(chǎng)等，并對(duì)現(xiàn)有工程部分公輔工程、環(huán)保工程進(jìn)行改擴(kuò)建或者升級(jí)改造。
04海水制氫接連突破及工業(yè)廢水制氫探索
今年6月，由東方電氣集團(tuán)與中國(guó)工程院謝和平院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開(kāi)展的海上風(fēng)電無(wú)淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)在福清海域中試成功，省去了海水淡化等環(huán)節(jié)，可直接在成分復(fù)雜的非淡水中制氫。因此，該技術(shù)還能應(yīng)用于油田采油廢水、工業(yè)廢水、火電廠廢水、城市生活廢水等領(lǐng)域。
10月19日，東方電氣(福建)創(chuàng)新研究院有限公司與中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司簽署項(xiàng)目合作協(xié)議，將讓無(wú)淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)應(yīng)用于長(zhǎng)慶油田。本次合作項(xiàng)目是無(wú)淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)在工業(yè)廢水利用領(lǐng)域的首次運(yùn)用，是里程碑式的突破。項(xiàng)目未來(lái)探索將海水制氫技術(shù)拓展到節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，為石化廢水、煉鋼廢水等工業(yè)廢水制氫提供路線參考。
據(jù)悉，長(zhǎng)慶油田每年產(chǎn)生300多萬(wàn)噸氣田采出水，若能全部用于制氫，可以生產(chǎn)33萬(wàn)噸氫氣，占2022-2030年間中國(guó)新增氫氣需求量的16.5%。
同樣在海水直接制氫領(lǐng)域有所突破的還有大連化物所，10月份，中國(guó)科學(xué)院大連化物所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室能源與環(huán)境小分子催化研究中心圍繞近岸/離岸海上風(fēng)電制氫需求，研發(fā)出以海水為原料制備氫氣聯(lián)產(chǎn)淡水的新技術(shù)，并依托該技術(shù)完成了25千瓦級(jí)裝置的測(cè)試驗(yàn)證。
05工業(yè)廢水制氫成本分析
石化行業(yè)耦合綠氫應(yīng)用場(chǎng)景多樣，傳統(tǒng)石化行業(yè)用氫領(lǐng)域合成氨、甲醇、現(xiàn)代煤化工、煉油等均適用。綠氫煉化示范項(xiàng)目有綠氫就地消納能力和基礎(chǔ)設(shè)施依托等優(yōu)勢(shì)，對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的全方位拓展和整合，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)緊密融合和一體化效益最佳。制約綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素是綠氫生產(chǎn)成本以及西部地區(qū)水資源的緊缺，而探索工業(yè)廢水直接制氫，不只是解決制氫用水問(wèn)題，還可以為企業(yè)節(jié)約數(shù)十億的環(huán)保投資成本。
在海水直接電解制氫成本方面，謝和平院士表示， 海水直接電解制氫成本與陸地淡水制氫成本相當(dāng)。若按照“海水直接制氫成本=電價(jià)×單位電耗+(每年折舊+每年運(yùn)維)/每年制氫總量”這一公式計(jì)算，以海上風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)0.2元—0.3元/度電計(jì)算，海水直接制氫的單位質(zhì)量氫氣成本為0.219元/Nm3+0.2元/Nm3+(1-1.5)元/Nm3=1.419-1.919元/Nm3 = 15.89—21.49元/kg。
未來(lái)進(jìn)一步降本來(lái)自于兩方面——海水直接電解水直接制氫能耗的降低和風(fēng)電價(jià)格的降低。據(jù)測(cè)算，當(dāng)電價(jià)低于0.15元/度時(shí)，海水制氫與煤制灰氫相當(dāng)；當(dāng)電價(jià)低于0.11元/度時(shí)，海水制氫成本將完全低于煤制灰氫成本。
若未來(lái)廢水制氫成本與海水直接制氫成本相當(dāng)，那么相較于動(dòng)輒投資數(shù)億的的水處理成本，工業(yè)廢水制氫不僅有助于企業(yè)減少排放，還更具有經(jīng)濟(jì)性。需要注意的是，工業(yè)廢水制氫并不代表廢水零排放，目前只能大幅減少?gòu)U水排放量，降低廢水處理成本。
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