中國氯堿行業氫能利用現狀及趨勢分析

鄭結斌

（中國氯堿工業協會）

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的形式存在。氫能來源廣泛、清潔無碳，應用場景豐富，是推動傳統化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規模發展的理想互聯媒介。

氯堿行業聯產氫是工業副產氫來源之一，氯堿企業應抓住機遇，推進氫氣在新能源領域的應用。將氯堿行業副產氫氣融入國家氫能發展大戰略之中，不斷提高行業氫氣的利用率和附加值，發揮副產氫氣的重要作用。

1 氫能是中國實現雙碳目標的重要途徑

2020年9月22日，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上發表重要講話，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年前實現碳中和”。中央“十四五”規劃建議在2035年目標中也提出“廣泛形成綠色生產生活方式，碳排放達峰后穩中有降”。2021年，中央財經委員會第九次會議上，總書記明確提出“要把碳達峰、碳中和納入生態文明建設整體布局”，“拿出抓鐵有痕的勁頭”如期實現“雙碳”目標，彰顯中國堅持綠色低碳發展的戰略定力和決心。

大力發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鍵支柱之一。在加速能源行業轉型的背景下，氫能憑借來源豐富、燃燒干凈、低碳零污染、熱值高、用途廣泛等優點受到國內外的高度重視，中國也積極引導，支持氫能行業的發展。

表1 中國氫能相關主要政策

2 中國氫能發展現狀

2.1 國家政策要求

氫能具有眾多優點，目前備受全球矚目，而且被稱為21世紀最具發展潛力的能源，近年來在世界范圍內發展勢頭良好。

中國在“雙碳”目標下，經濟轉型和能源轉型勢在必行，其中氫能發展成為熱點，備受各級政府、相關企業的關注。

國家發展改革委、國家能源局2022年聯合發布了《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》，對中國氫能產業發展進行頂層設計，并對中國氫能產業健康可持續發展具有重要指導性意義。

2.2 地方政府積極推動

國家重視氫能產業發展，同時將氫能作為中國布局未來能源產業的重要方向之一，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地氫能產業發展，陸續出臺相關政策，并制定實施方案。大部分省份和地方城市都出臺氫能相關的發展規劃、指導意見和實施方案。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，中國氫能產業發展已經初步形成長三角、珠三角、京津冀、成渝和中部地區為代表的五大發展區域，為氫能產業投資、技術提升、產品示范推廣、基礎設施配套建設等帶來重大機遇。

2.3 中國已成為產氫大國

中國氫氣產量已成為世界第一，但主要用于工業原料而非能源。除了在傳統化工、鋼鐵等工業領域應用外，已經開始在能源、交通、建筑等其他領域穩步推進，并且不斷進行擴大應用試點。從2018年開始，中國氫氣年產量就已經超過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氫大國。2016-2021年中國氫氣產量見圖1。

圖1 2016-2021年中國氫氣產量圖

根據《中國氫能源及燃料電池產業白皮書2020》和中國氫能聯盟數據，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 中國氫能產業鏈長、產值大

氫能產業鏈長、產值大，上游為制氫環節，中游為氫氣的儲運，下游為氫能的應用領域。

根據中國氫能聯盟的預計，2020年至2025年，中國氫能產業產值將達1萬億元，2026年至2035年產值達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，應用場景豐富，包括交通、電力和建筑等四大領域。預計2050年交通領域氫氣需求將接近4 000萬t，工業領域氫能需求將超過3 500萬t，建筑領域氫氣需求將接近2 000萬t。

2.5 儲運對氫能發展至關重要

氫的儲運技術可分為物理儲運氫和化學儲運氫兩大類別。前者包括高壓氣態、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、絡合氫化物、復合氫化物和化學氫化物；有機儲氫材料包括環烷烴、氮雜環、液氨、甲酸和甲醇等[1]。

物理運輸氣態氫是簡單的氫儲運形式，將氫氣混入現有的天然氣管道中，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實的氫儲運技術路線。不過，由于氣態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，化學存儲形式，例如轉化為氨或使用液態有機氫載體（LOHC），也構成了其他具有高發展潛力的氫存儲和氫物流技術。

目前制約氫能儲運產業發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。當下中國氫能產業仍處初期發展階段，對于大規模、長距離運氫的需求不大，普遍采用的是氣態高壓儲氫與集束管車運輸的方式。

3 中國氯堿行業副產氫應用情況

3.1 氯堿行業氫氣產量較大、分布廣

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

圖3 中國氫氣產量、增長率走勢圖

2022年，中國燒堿總產能4 658萬t/a，跟燒堿產能分布相同，氫氣產能116 t/a，分布于除北京市、海南省、貴州省和西藏自治區外的省、自治區和直轄市。2022年中國各省份氫氣產能及企業數量統計見表2。

表2 2022年中國各省份氫氣產能及企業數量統計

中國華東、華北等東部地區燒堿行業發展歷史悠久，也是下游消費的主要市場。并且當地氯堿企業配套耗氯產品品種較多，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勢，當地氫資源較為豐富。西北地區主要依托資源優勢，配套PVC產品發展，燒堿生產成本優勢較為突出，其氫氣成本相對較低。從各省產能分布來看，山東地區燒堿行業氫氣產能依舊保持首位，占比超過四分之一。

3.2 氯堿行業副產氫氣純度高、成本低

目前，燃料電池汽車用燃料氫氣現行國標為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氫氣純度達到99.5%以上，雜質元素非常少，是比較優質的原料氫氣，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。氯堿行業已有企業具有將氯堿副產氫氣提純為燃料電池氫氣的工藝及技術。

表3 燃料電池用氫合格標準

同時，氯堿行業仍有一定量的氫氣排空，排空氫氣的利用成本基本為零。綜合考慮設備和后續精制純化成本，氯堿副產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、技術發展等因素都有關，這些因素限制了燃料電池汽車的規模化發展，需要依靠政府積極推動，才能實現氫能交通的快速發展，實現破局。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用發展，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，符合技術指標的車輛推廣規模超過1 000輛，建設并投入運營加氫站超過15座的目標。當前氫燃料汽車已經基本實現產業化，氫燃料電池汽車數量實現快速增長，同時，各省市在不斷布局加氫站，推動氫能交通發展[2]。

3.3 氯堿行業目前氫氣資源主要下游應用和利用方式

氯堿行業基礎的氫氣利用是合成氯化氫用于生產聚氯乙烯樹脂及合成鹽酸、雙氧水等耗氫產品。

燃氫鍋爐是以氯堿企業生產過程中富余氫氣作為爐體燃料，遇空氣燃燒后高溫煙氣與純水經過熱交換形成蒸汽，供生產加熱使用。如何安全使用純度99%氫氣作為鍋爐的燃料是重點和難點。

建設氫氣充裝站是來自燒堿裝置氫氣干燥處理體積分數為99.8%的氫氣送至氫氣充裝站緩沖罐，經PSA變壓吸附提純系統將氫氣提純至體積分數達到99.999%，低純度氫氣直接高空排放，高純氫氣經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建氫能電站是將氫氣轉化為電能。不僅生產過程無污染、無噪聲，而且轉換效率高，循環不產生有害物質，副產物是純凈水，發電效率更高達80%以上，可直接將化學能轉換為電能，不需要經過熱能和機械能的中間變換。

中國氯堿行業的氫氣資源使用方式具體分為企業自用、氫氣外銷和氫氣排空。

（1）企業自用

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

（2）氫氣外銷

氯堿企業氫氣外銷也是一種主要的氫氣利用方式，總體比例在12%。部分氯堿企業直接通過管道輸送至園區內下游企業，用于煉油生產、有色金屬生產、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。如果氯堿企業直接進行純氫或高純氫的銷售，則需要配套建設氫氣充裝站。

（3）氫氣排空

隨著氯堿行業對氫能的重視程度提高和氫氣利用量增加，氯堿行業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，部分氯堿企業投入運營加氫站和氫燃料電池，開始嘗試氫能向新能源領域的發展。中國氯堿企業對氫氣價值轉化關注度不斷提高，并向新興領域進行探索實踐。氯堿行業開始培育新的利潤增長點，圍繞氫能產業鏈布局逐漸展開。作為無碳、清潔、高效的能源，氫能高效利用是實現碳中和、碳達峰的重要途徑之一。

3.4 中國氯堿行業氫氣利用區域分布特點

中國西北地區燒堿和聚氯乙烯產品的配套程度較高，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，富裕氫氣量十分有限[3]。

東部地區雖然燒堿和聚氯乙烯的配套程度較低，但是國內燒堿的主產區，化工園區的規劃較為完善，氫氣園區就地轉化率較高，目前對氫氣的利用也較為充分。但由于燒堿企業產能較大，且相對集中，富裕氫氣的企業也多集中在此地區。

南部地區燒堿企業氫氣利用相對不足，大多企業無主要耗氫產品。當地燒堿企業數量較少，且產能相對較低，外銷氫氣量和排空相對不多，但個別企業氫氣自用量相對較低。

中國氯堿行業部分企業走在氫能發展前列，氫能利用各具特色。在氫能利用上，業內相關企業的作法值得借鑒。部分氯堿企業氫能利用情況見表4。

表4 部分氯堿企業氫能利用情況

4 中國氯堿行業氫能發展趨勢

石化行業氫氣生產利用仍將持續穩步增長。工業副產氫也是目前氫氣供應的一個主要來源。氯堿行業副產氫氣是氫能氫氣來源之一，總體供應量仍有限。在國家“雙碳”目標下，提高全行業對氫能認識和重視程度，統籌協調氫氣來源，合理利用調配有限的氫氣資源。

將氯堿行業副產氫氣融入國家氫能發展大戰略，提高氫氣附加值，氯堿企業將氫能開發作為企業的發展目標和重點方向，實現跨入新能源領域，開辟新的增長點。

4.1 完善現有氫能利用體系，深度參與氫能發展

在布局供氫體系的過程中，氯堿企業應抓住機遇，加大氫氣在新能源領域的應用。完善氯堿行業副產氫氣利用體系，不斷提高行業氫氣的利用率和附加值。同時由于氯堿企業分布的區域性強，區域特點也非常明顯，制氫、儲氫、運氫、加氫是一套新的系統配套工程，企業根據行業區域性和企業所處地區特點，以不同方式積極參與到當地的氫能產業鏈發展的各環節之中。根據不同地區氫能的發展模式和特點，氯堿企業找到適合自身和行業的氫能發展方式和方向，深度參與氫能發展。

4.2 提高氯堿行業副產氫氣的附加值

從氯堿行業氫能利用現狀以及氫能產業發展趨勢來看，氯堿企業如何開發利用好氫能，還需要做很多工作。氯堿行業的氫氣既有基礎的利用途徑，又存在未來向新能源方面開發的空間。在氯堿的生產中，多種技術或多產品開發氫能將長期共存，各具特點。在不同時期的水電等原料價格、不同地域條件下，氫氣開發利用所體現的價值會有所不同，其競爭力水平也會有所差異。氯堿企業發揮在原有產業中的優勢和競爭力，實現副產氫氣的高附加值利用。

4.3 加強合作，合理利用氫能

氫能行業是一個新興發展的新能源行業，是跨出氯堿行業的下游應用領域。氯堿企業如何加強合作，發現和利用氫能產業鏈上相關有競爭力的企業和技術，在氫能產業鏈各節點上與之開展積極合作，加速適合氯堿企業的氫能項目落地。

氯堿行業副產氫氣是氫燃料電池等氫能發展的理想氫源之一，氯堿行業發展氫能或氫能合作有較大優勢。在國家提出“雙碳”目標后，從行業層面和區域層面提高對氫能認識和重視程度以及提升氫氣供應量，統籌協調氫氣來源，合理利用調配有限的氫氣資源，發現和發展一些新的、有價值的利用方向，抓住氫能發展機遇。

目前氯堿行業氫能發展還處于初步階段，氯堿企業有布局加氫站、氫氣發電和氫燃料電池汽車供氫等，但多元化應用場景仍未打開，需要協會、企業和社會其他氫能相關企業共同努力，產業鏈上下游緊密合作，合理利用氫資源。

加速氯堿行業氫能發展，探索出氯堿行業氫能理想發展模式，以氫能開發和利用為載體，助力氯堿行業實現節能降碳和綠色低碳發展。