如何实现炼厂制氢的零碳排放？

文章来源：亚化咨询发布时间：2017-10-19

随着成品油质量升级的推进，国内新建炼油厂大多选择了全加氢工艺路线，以满足轻质油收率、产品质量、综合商品率等关键技术经济指标要求。

这极大增加氢气需求和制氢技术的市场。即使在低油价和低天然气价格背景下，煤制氢仍然是中国炼厂补充氢源的主流工艺路线。

但在全球碳减排的大趋势下，煤制氢极高的碳排放使其应用受到限制。《能源发展“十三五”规划》提出构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系，逐步降低煤炭消费比重，大幅降低二氧化碳排放强度。亚化咨询《中国煤制氢年度报告2017》数据显示，炼厂采用煤制氢路线，建设100,000Nm3/h的氢气规模，CO2年排放量约为90万吨。原计划建设145,000Nm3/h煤制氢装置的浙江石化4000万吨/年炼化一体化项目二期工程，在2017年4月的环评批复中被明确指出二期制氢方案不得以煤为原料。即使是一期工程，也需要按照《舟山绿色石化基地用煤平衡方案》要求，如期完成关停杭州余杭和绍兴柯桥等地13家热电企业装机、淘汰关停小锅炉、关停国华舟山电厂1号及2号机组等煤炭削减替代工程。

据国家能源局统计，2016年中国风电和光伏发电量分别为2410亿千瓦时和662亿千瓦时，全年弃风和弃光电量分别为497亿千瓦时和74亿千瓦时，弃风弃光电量巨大。在传统的大规模煤制氢、天然气制氢和小规模甲醇裂解制氢之外，以新能源——风电和光伏不能上网的电量电解水制氢，并与传统的化工装置相结合，不仅可以解决弃风与弃光问题，而且可以大幅减少煤化和石化行业的碳排放。

2017年9月消息，壳牌与ITM能源公司计划在莱茵炼油综合体内的Wesseling炼油工厂安装一个大型电解槽制氢装置。该装置容量为10兆瓦，将是德国乃至全球最大的质子交换膜（PEM）电解槽。该项目旨在通过建设和运行10MW级的大规模电解槽，实现制造高品质、零碳排放的氢气，同时通过规模扩大和新业务应用来示范技术和成本的改进。使用低成本、可再生电力的电解技术有望成为壳牌莱茵炼厂零碳排放制氢的关键技术。

PEM（质子交换膜）水电解制氢技术，特点在于用一种可以使质子透过而气体无法透过的有机膜替代了传统碱性电解槽中的隔膜和电解质，从而使电解槽的体积大大缩小。相比于传统的碱液水电解制氢，其制氢的过程为电解纯水，不需除水外的任何化学原料，减少了对设备的腐蚀；传统电解水装置每台占地5000m2，无法大型联机，Proton公司的PEM制氢设备占地仅18m2，且采用模块化设计，每个模块400m3/h，可无限叠加联机使用，以适应不同规模炼厂的氢气需求。

基于风电/光伏等新能源现阶段的发电容量和成本水平，并不能实现炼厂制氢的全面零碳排放。但是如壳牌欧洲炼厂一样，在中国的炼厂开展质子交换膜（PEM）电解制氢的工业化示范仍然十分必要。随着新能源发电容量的快速提升和成本持续下降，以及碳排放限制趋于严格，质子交换膜（PEM）电解制氢有望成为实现炼厂制氢零碳排放的极具竞争力的技术路线。