中国氯碱行业氢能利用现状及趋势分析

郑结斌

（中国氯碱工业协会）

氢是宇宙中最丰富的元素之一，主要以水、碳氢化合物和各类有机化合物等化合态的形式存在。氢能来源广泛、清洁无碳，应用场景丰富，是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想互联媒介。

氯碱行业联产氢是工业副产氢来源之一，氯碱企业应抓住机遇，推进氢气在新能源领域的应用。将氯碱行业副产氢气融入国家氢能发展大战略之中，不断提高行业氢气的利用率和附加值，发挥副产氢气的重要作用。

1 氢能是中国实现双碳目标的重要途径

2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话，表示中国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。中央“十四五”规划建议在2035年目标中也提出“广泛形成绿色生产生活方式，碳排放达峰后稳中有降”。2021年，中央财经委员会第九次会议上，总书记明确提出“要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局”，“拿出抓铁有痕的劲头”如期实现“双碳”目标，彰显中国坚持绿色低碳发展的战略定力和决心。

大力发展清洁能源是碳中和的主要路径之一。清洁氢能已成为全球所有碳中和路线的关键支柱之一。在加速能源行业转型的背景下，氢能凭借来源丰富、燃烧干净、低碳零污染、热值高、用途广泛等优点受到国内外的高度重视，中国也积极引导，支持氢能行业的发展。

表1 中国氢能相关主要政策

2 中国氢能发展现状

2.1 国家政策要求

氢能具有众多优点，目前备受全球瞩目，而且被称为21世纪最具发展潜力的能源，近年来在世界范围内发展势头良好。

中国在“双碳”目标下，经济转型和能源转型势在必行，其中氢能发展成为热点，备受各级政府、相关企业的关注。

国家发展改革委、国家能源局2022年联合发布了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，对中国氢能产业发展进行顶层设计，并对中国氢能产业健康可持续发展具有重要指导性意义。

2.2 地方政府积极推动

国家重视氢能产业发展，同时将氢能作为中国布局未来能源产业的重要方向之一，因此也极大推动了地方政府的积极性，地方政府高度重视当地氢能产业发展，陆续出台相关政策，并制定实施方案。大部分省份和地方城市都出台氢能相关的发展规划、指导意见和实施方案。北京、上海、广东、河南和河北燃料电池汽车示范城市群相继获批，全国形成“3+2”燃料电池汽车示范格局。

在地方政府积极推动下，中国氢能产业发展已经初步形成长三角、珠三角、京津冀、成渝和中部地区为代表的五大发展区域，为氢能产业投资、技术提升、产品示范推广、基础设施配套建设等带来重大机遇。

2.3 中国已成为产氢大国

中国氢气产量已成为世界第一，但主要用于工业原料而非能源。除了在传统化工、钢铁等工业领域应用外，已经开始在能源、交通、建筑等其他领域稳步推进，并且不断进行扩大应用试点。从2018年开始，中国氢气年产量就已经超过2 000万t，2021年超过3 300万t，同比增长32%，成为名副其实的全球产氢大国。2016-2021年中国氢气产量见图1。

图1 2016-2021年中国氢气产量图

根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》和中国氢能联盟数据，2030年中国氢气年需求量将从3 342万t增加至3 715万t，2060年则增加至1.3亿t左右，在终端能源消费中占比达到约20%。在实现碳中和、碳达峰目标的过程中，氢气需求量也将逐步提高。2020年-2060年中国氢能需求量见图2。

图2 2020-2060年中国氢能需求量图

2.4 中国氢能产业链长、产值大

氢能产业链长、产值大，上游为制氢环节，中游为氢气的储运，下游为氢能的应用领域。

根据中国氢能联盟的预计，2020年至2025年，中国氢能产业产值将达1万亿元，2026年至2035年产值达5万亿元。氢能源的有效利用既可以减少碳排放，又可以降低对化石能源的依赖，应用场景丰富，包括交通、电力和建筑等四大领域。预计2050年交通领域氢气需求将接近4 000万t，工业领域氢能需求将超过3 500万t，建筑领域氢气需求将接近2 000万t。

2.5 储运对氢能发展至关重要

氢的储运技术可分为物理储运氢和化学储运氢两大类别。前者包括高压气态、低温液化、管道、物理吸附等。后者包括无机储氢材料和有机储氢材料，无机储氢材料包括金属氢化物、络合氢化物、复合氢化物和化学氢化物；有机储氢材料包括环烷烃、氮杂环、液氨、甲酸和甲醇等[1]。

物理运输气态氢是简单的氢储运形式，将氢气混入现有的天然气管道中，或使用专用的氢气管道，或利用加压容器运输氢气是当前最为现实的氢储运技术路线。不过，由于气态氢的体积能量密度低，加上运输距离有限，其他形式的氢运输需求不可避免地会相应增加。像所有其他气体一样，氢气也可以低温液化后，以冷液形式进行运输。此外，化学存储形式，例如转化为氨或使用液态有机氢载体（LOHC），也构成了其他具有高发展潜力的氢存储和氢物流技术。

目前制约氢能储运产业发展的重要因素之一就是氢气的储运成本，并且随着运输距离的增加，成本也必然随之增加。高压气态运输氢气是成本较高的运输方式，而管道长距离大输量运输氢气则是成本较低的运输方式。当下中国氢能产业仍处初期发展阶段，对于大规模、长距离运氢的需求不大，普遍采用的是气态高压储氢与集束管车运输的方式。

3 中国氯碱行业副产氢应用情况

3.1 氯碱行业氢气产量较大、分布广

2022年中国氯碱行业氢气产能116万t/a，单个企业氢气平均产能0.7万t/a，副产氢气99万t。氯碱行业副产氢虽然在氢气来源总量中占比较小，但为工业副产中一个稳定的来源。中国氢气产量、增长率走势图见图3。

图3 中国氢气产量、增长率走势图

2022年，中国烧碱总产能4 658万t/a，跟烧碱产能分布相同，氢气产能116 t/a，分布于除北京市、海南省、贵州省和西藏自治区外的省、自治区和直辖市。2022年中国各省份氢气产能及企业数量统计见表2。

表2 2022年中国各省份氢气产能及企业数量统计

中国华东、华北等东部地区烧碱行业发展历史悠久，也是下游消费的主要市场。并且当地氯碱企业配套耗氯产品品种较多，有一定的消耗氯气能力，以解决碱氯平衡问题，此外地理位置的条件使得出口外销方面有一定的优势，当地氢资源较为丰富。西北地区主要依托资源优势，配套PVC产品发展，烧碱生产成本优势较为突出，其氢气成本相对较低。从各省产能分布来看，山东地区烧碱行业氢气产能依旧保持首位，占比超过四分之一。

3.2 氯碱行业副产氢气纯度高、成本低

目前，燃料电池汽车用燃料氢气现行国标为GB/T37244-2018，国标中要求13项指标的标准。燃料电池用氢合格标准见表3。电解饱和食盐水得到的氯碱副产氢气纯度达到99.5%以上，杂质元素非常少，是比较优质的原料氢气，通过净化，达到燃料电池汽车用燃料氢气标准是比较容易实现。氯碱行业已有企业具有将氯碱副产氢气提纯为燃料电池氢气的工艺及技术。

表3 燃料电池用氢合格标准

同时，氯碱行业仍有一定量的氢气排空，排空氢气的利用成本基本为零。综合考虑设备和后续精制纯化成本，氯碱副产氢是氢燃料电池汽车理想的氢气来源之一。

目前，燃料氢的运输方式主要是长管车运输，一般充装压力在20 MPa。按照目前售价测算，运输距离超过175 km时，氢气销售基本没有利润。这与氢气来源、价格、运输距离、车辆价格、技术发展等因素都有关，这些因素限制了燃料电池汽车的规模化发展，需要依靠政府积极推动，才能实现氢能交通的快速发展，实现破局。2022年，国家五部委批准全国第一批“3+2”燃料电池汽车示范城市群，采用“以奖代补”的方式鼓励氢能交通应用发展，四年示范期间要求示范城市群完成：车用氢能终端售价不超过35元/kg，符合技术指标的车辆推广规模超过1 000辆，建设并投入运营加氢站超过15座的目标。当前氢燃料汽车已经基本实现产业化，氢燃料电池汽车数量实现快速增长，同时，各省市在不断布局加氢站，推动氢能交通发展[2]。

3.3 氯碱行业目前氢气资源主要下游应用和利用方式

氯碱行业基础的氢气利用是合成氯化氢用于生产聚氯乙烯树脂及合成盐酸、双氧水等耗氢产品。

燃氢锅炉是以氯碱企业生产过程中富余氢气作为炉体燃料，遇空气燃烧后高温烟气与纯水经过热交换形成蒸汽，供生产加热使用。如何安全使用纯度99%氢气作为锅炉的燃料是重点和难点。

建设氢气充装站是来自烧碱装置氢气干燥处理体积分数为99.8%的氢气送至氢气充装站缓冲罐，经PSA变压吸附提纯系统将氢气提纯至体积分数达到99.999%，低纯度氢气直接高空排放，高纯氢气经过无油增压氢气压缩机压缩至20 MPa，压缩后的氢气通过氢气充装台充装至长管槽车（鱼雷车）或氢气瓶外运销售。

利用氢燃料电池技术建氢能电站是将氢气转化为电能。不仅生产过程无污染、无噪声，而且转换效率高，循环不产生有害物质，副产物是纯净水，发电效率更高达80%以上，可直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能的中间变换。

中国氯碱行业的氢气资源使用方式具体分为企业自用、氢气外销和氢气排空。

（1）企业自用

目前约一半左右的烧碱企业氢气全部自用，氯碱行业氢气总的自用比例在85%，主要分布在西部和中部地区。国内氯碱企业几乎全部配套合成盐酸装置，企业通过装置生产情况和盐酸市场情况调整产量。西北地区大多氯企业通过合成氯化氢进行聚氯乙烯生产，其他耗氢产品主要以双氧水、盐酸等为主。另外氯碱企业配套燃氢锅炉提供蒸汽也较为普遍。

（2）氢气外销

氯碱企业氢气外销也是一种主要的氢气利用方式，总体比例在12%。部分氯碱企业直接通过管道输送至园区内下游企业，用于炼油生产、有色金属生产、气体提纯等，相对较远距离的销售则通过管束车或氢气鱼雷车运输。如果氯碱企业直接进行纯氢或高纯氢的销售，则需要配套建设氢气充装站。

（3）氢气排空

随着氯碱行业对氢能的重视程度提高和氢气利用量增加，氯碱行业氢气排空量近几年大幅降低，目前总体比例在3%。部分烧碱企业富裕氢气如果没有更好的利用途径将氢气进行无效排空处理。

近几年，随着国家鼓励推行清洁能源利用，部分氯碱企业投入运营加氢站和氢燃料电池，开始尝试氢能向新能源领域的发展。中国氯碱企业对氢气价值转化关注度不断提高，并向新兴领域进行探索实践。氯碱行业开始培育新的利润增长点，围绕氢能产业链布局逐渐展开。作为无碳、清洁、高效的能源，氢能高效利用是实现碳中和、碳达峰的重要途径之一。

3.4 中国氯碱行业氢气利用区域分布特点

中国西北地区烧碱和聚氯乙烯产品的配套程度较高，氢气作为合成氯化氢的主要原料大部分用于聚氯乙烯的生产，富裕氢气量十分有限[3]。

东部地区虽然烧碱和聚氯乙烯的配套程度较低，但是国内烧碱的主产区，化工园区的规划较为完善，氢气园区就地转化率较高，目前对氢气的利用也较为充分。但由于烧碱企业产能较大，且相对集中，富裕氢气的企业也多集中在此地区。

南部地区烧碱企业氢气利用相对不足，大多企业无主要耗氢产品。当地烧碱企业数量较少，且产能相对较低，外销氢气量和排空相对不多，但个别企业氢气自用量相对较低。

中国氯碱行业部分企业走在氢能发展前列，氢能利用各具特色。在氢能利用上，业内相关企业的作法值得借鉴。部分氯碱企业氢能利用情况见表4。

表4 部分氯碱企业氢能利用情况

4 中国氯碱行业氢能发展趋势

石化行业氢气生产利用仍将持续稳步增长。工业副产氢也是目前氢气供应的一个主要来源。氯碱行业副产氢气是氢能氢气来源之一，总体供应量仍有限。在国家“双碳”目标下，提高全行业对氢能认识和重视程度，统筹协调氢气来源，合理利用调配有限的氢气资源。

将氯碱行业副产氢气融入国家氢能发展大战略，提高氢气附加值，氯碱企业将氢能开发作为企业的发展目标和重点方向，实现跨入新能源领域，开辟新的增长点。

4.1 完善现有氢能利用体系，深度参与氢能发展

在布局供氢体系的过程中，氯碱企业应抓住机遇，加大氢气在新能源领域的应用。完善氯碱行业副产氢气利用体系，不断提高行业氢气的利用率和附加值。同时由于氯碱企业分布的区域性强，区域特点也非常明显，制氢、储氢、运氢、加氢是一套新的系统配套工程，企业根据行业区域性和企业所处地区特点，以不同方式积极参与到当地的氢能产业链发展的各环节之中。根据不同地区氢能的发展模式和特点，氯碱企业找到适合自身和行业的氢能发展方式和方向，深度参与氢能发展。

4.2 提高氯碱行业副产氢气的附加值

从氯碱行业氢能利用现状以及氢能产业发展趋势来看，氯碱企业如何开发利用好氢能，还需要做很多工作。氯碱行业的氢气既有基础的利用途径，又存在未来向新能源方面开发的空间。在氯碱的生产中，多种技术或多产品开发氢能将长期共存，各具特点。在不同时期的水电等原料价格、不同地域条件下，氢气开发利用所体现的价值会有所不同，其竞争力水平也会有所差异。氯碱企业发挥在原有产业中的优势和竞争力，实现副产氢气的高附加值利用。

4.3 加强合作，合理利用氢能

氢能行业是一个新兴发展的新能源行业，是跨出氯碱行业的下游应用领域。氯碱企业如何加强合作，发现和利用氢能产业链上相关有竞争力的企业和技术，在氢能产业链各节点上与之开展积极合作，加速适合氯碱企业的氢能项目落地。

氯碱行业副产氢气是氢燃料电池等氢能发展的理想氢源之一，氯碱行业发展氢能或氢能合作有较大优势。在国家提出“双碳”目标后，从行业层面和区域层面提高对氢能认识和重视程度以及提升氢气供应量，统筹协调氢气来源，合理利用调配有限的氢气资源，发现和发展一些新的、有价值的利用方向，抓住氢能发展机遇。

目前氯碱行业氢能发展还处于初步阶段，氯碱企业有布局加氢站、氢气发电和氢燃料电池汽车供氢等，但多元化应用场景仍未打开，需要协会、企业和社会其他氢能相关企业共同努力，产业链上下游紧密合作，合理利用氢资源。

加速氯碱行业氢能发展，探索出氯碱行业氢能理想发展模式，以氢能开发和利用为载体，助力氯碱行业实现节能降碳和绿色低碳发展。