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探索工业废水制氢对石化/煤化工行业意义重大
来源:氢能项目部 | 作者:氢能项目部 | 发布时间: 162天前 | 155 次浏览 | 分享到:
近日,东方电气(福建)创新研究院有限公司与中国石油长庆油田分公司签署项目合作协议,将让无淡化海水原位直接电解制氢技术应用于长庆油田。本次合作项目是无淡化海水原位直接电解制氢技术在工业废水利用领域的首次运用,是里程碑式的突破。项目未来探索将海水制氢技术拓展到节能环保领域,为石化废水、炼钢废水等工业废水制氢提供路线参考。

· 01国家政策支持石化/煤化工企业制氢
10月25日,国家发改委发布关于促进炼油行业绿色创新高质量发展的指导意见。
意见中指出:支持制氢用氢降碳。推动炼油行业与可再生能源融合发展,鼓励企业大力发展可再生能源制氢。支持建设绿氢炼化示范工程,推进绿氢替代,逐步降低行业煤制氢用量。鼓励强化加氢工艺选择性,实施氢气网络系统集成优化,降低制氢装置碳排放。
7月27日,国家发改委发布关于推动现代煤化工产业健康发展的通知。
通知中指出:在资源禀赋和产业基础较好的地区,推动现代煤化工与可再生能源、绿氢、二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)等耦合创新发展。


· 02石化/煤化工行业用氢千万吨级
我国石化行业是工业用氢的大户,主要用氢领域包括合成氨、甲醇、现代煤化工、炼油等。据统计,2020年生产合成氨的中间原料—氢气产能为1270万吨/年,生产甲醇(包括煤经甲醇制烯烃)的中间原料—氢气产能为1150万吨/年,现代煤化工范畴内的煤间接液化、煤直接液化、煤制天然气、煤制乙二醇的中间原料氢气产能为411万吨/年,炼厂用氢规模为450万吨/年,焦炭和兰炭副产氢综合利用规模(不包括制氨醇产能)为615万吨/年。
当前,众多炼油企业正向炼化一体化方向迈进,推动炼油传统产能与氢能、生物质能协同发展,炼油厂化工转型路线实质为多种加氢技术、裂化技术和多种裂解技术的集成优化,主要包括分别以“渣油加氢裂化+催化裂解”“蜡油、柴油加氢裂化+催化裂解”“渣油加氢处理+催化裂解”“渣油加氢处理+催化裂解”“全加氢裂化”为核心的四种关键技术路线。


· 03石化/煤化工行业用水量大 废水排放多
我国煤、水资源分布严重不均匀,富煤地区往往缺水,有水的地方却又少煤。资源禀赋决定了现代煤化工项目必须用好宝贵的水资源。
现代煤化工项目到底能不能少用水?这也是从行业起步之初到今天,被问了十多年的一个关键问题。以煤制烯烃、合成氨、甲醇等细分领域为例,2020年单位产品取水量分别为22立方米/吨、12立方米/吨—16立方米/吨、13立方米/吨。
除此之外,石化/煤化工企业还是废水排放大户,日废水产生量几千吨甚至上万吨,要做到废水零排放,其成本几乎是天文数字,是企业根本难以承受的,一个投资百亿的现代煤化工项目,水处理成本高达10亿以上。
以神华包头煤制烯烃升级示范项目为例,该项目总投资171.508亿元,主体工程主要包括粉煤加压气化、变换、低温甲醇洗、硫回收、甲醇合成、甲醇制烯烃(MTO)、聚乙烯、聚丙烯、空分等装置。公辅工程主要包括罐区、循环水系统、火炬系统等。其中环保投资32.90亿元,占项目建设投资的19.18%。环保工程主要包括污水处理系统、回用水系统、蒸发结晶装置、废气处理装置、油气回收装置及新建厂外渣场等,并对现有工程部分公辅工程、环保工程进行改扩建或者升级改造。


· 04海水制氢接连突破及工业废水制氢探索
今年6月,由东方电气集团与中国工程院谢和平院士团队联合开展的海上风电无淡化海水原位直接电解制氢技术在福清海域中试成功,省去了海水淡化等环节,可直接在成分复杂的非淡水中制氢。因此,该技术还能应用于油田采油废水、工业废水、火电厂废水、城市生活废水等领域。
10月19日,东方电气(福建)创新研究院有限公司与中国石油长庆油田分公司签署项目合作协议,将让无淡化海水原位直接电解制氢技术应用于长庆油田。本次合作项目是无淡化海水原位直接电解制氢技术在工业废水利用领域的首次运用,是里程碑式的突破。项目未来探索将海水制氢技术拓展到节能环保领域,为石化废水、炼钢废水等工业废水制氢提供路线参考。
据悉,长庆油田每年产生300多万吨气田采出水,若能全部用于制氢,可以生产33万吨氢气,占2022-2030年间中国新增氢气需求量的16.5%。
同样在海水直接制氢领域有所突破的还有大连化物所,10月份,中国科学院大连化物所催化基础国家重点实验室能源与环境小分子催化研究中心围绕近岸/离岸海上风电制氢需求,研发出以海水为原料制备氢气联产淡水的新技术,并依托该技术完成了25千瓦级装置的测试验证。


· 05工业废水制氢成本分析
石化行业耦合绿氢应用场景多样,传统石化行业用氢领域合成氨、甲醇、现代煤化工、炼油等均适用。绿氢炼化示范项目有绿氢就地消纳能力和基础设施依托等优势,对产业链的全方位拓展和整合,实现各环节紧密融合和一体化效益最佳。制约绿氢产业发展的主要因素是绿氢生产成本以及西部地区水资源的紧缺,而探索工业废水直接制氢,不只是解决制氢用水问题,还可以为企业节约数十亿的环保投资成本。
在海水直接电解制氢成本方面,谢和平院士表示, 海水直接电解制氢成本与陆地淡水制氢成本相当。若按照“海水直接制氢成本=电价×单位电耗+(每年折旧+每年运维)/每年制氢总量”这一公式计算,以海上风电上网电价0.2元—0.3元/度电计算,海水直接制氢的单位质量氢气成本为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。
未来进一步降本来自于两方面——海水直接电解水直接制氢能耗的降低和风电价格的降低。据测算,当电价低于0.15元/度时,海水制氢与煤制灰氢相当;当电价低于0.11元/度时,海水制氢成本将完全低于煤制灰氢成本。
若未来废水制氢成本与海水直接制氢成本相当,那么相较于动辄投资数亿的的水处理成本,工业废水制氢不仅有助于企业减少排放,还更具有经济性。需要注意的是,工业废水制氢并不代表废水零排放,目前只能大幅减少废水排放量,降低废水处理成本。