日本以氢燃料汽车产出发展计划部最新规定，值得收藏！

文/张彩礼

中国石油化工集团公司发展规划部

随着原油的劣化和成品油质量升级的加快，炼油厂对氢气的需求急剧增加，降低氢气成本成为炼油厂的重要发展战略。氢被认为是一种极好的绿色燃料。其燃烧热值为汽油的2.7倍，煤炭的3.5倍。目前主要用作航天火箭的二次/三次推进燃料。

在日常交通领域的应用，国内外都在研究，特别是日本，氢燃料汽车是发展方向。目前，每年生产 300 至 400 辆氢燃料动力汽车。计划到2020年建成160座加氢站，4万辆燃料电池汽车（FCV）投入使用。同时，氢气也是重要的工业原料和还原剂。广泛应用于国民经济的各个领域。是精细化工、医药中间体等行业的合成原料，也是冶金、电子、玻璃、机械制造等行业的保护气体。在石油加工过程中，氢气是不可缺少的重要原料。随着原油变质和环保力度的加强，燃料清洁度标准不断提高，加氢工艺发展迅速，炼油厂对氢气的需求急剧增加。已成为仅次于原油的第二大原料。，是炼油厂必须考虑的问题。本研究从降低炼厂制氢成本所涉及的原料来源入手，根据炼厂全加氢工艺，配套建设独立制氢装置的原料，影响成本的因素分析了氢气的生产和竞争力。加氢工艺发展迅速，炼油厂对氢气的需求急剧增加。已成为仅次于原油的第二大原料。，是炼油厂必须考虑的问题。本研究从降低炼厂制氢成本所涉及的原料来源入手，根据炼厂全加氢工艺，配套建设独立制氢装置的原料，影响成本的因素分析了氢气的生产和竞争力。加氢工艺发展迅速，炼油厂对氢气的需求急剧增加。已成为仅次于原油的第二大原料。，是炼油厂必须考虑的问题。本研究从降低炼厂制氢成本所涉及的原料来源入手，根据炼厂全加氢工艺，配套建设独立制氢装置的原料，影响成本的因素分析了氢气的生产和竞争力。

1 炼油厂氢源

炼油厂的氢气来源主要有 3 个： (1) 原油加工过程中的副产氢气，包括重整装置副产、富氢气回收、乙烯、电解、脱氢装置副产。炼化一体化化工系统；②炼油厂配备独立的制氢装置生产氢气；③氢源外购。重整产生的氢气约占原油总量的0.5%～1.0%。对于全加氢精炼工艺，氢气消耗量一般占原油加工量的0.8%～2.7%。难以满足日益增长的含硫原油和劣质原油加工比例的需求，中国正在加快建设大型加氢炼油厂。氢资源消费趋势快速增长，配套加氢能力占原油比重。处理能力已超过70%，通过自身和传统处理方式难以解决全厂氢气平衡和需求。需要建设独立的制氢装置来生产氢气。

2 制氢装置原料路线选择

炼油厂对氢气需求的稳定性要求很高。建设独立制氢装置的首要任务是保证装置的稳定运行，保证原料性质和数量的稳定供应，工艺技术必须成熟可靠。制氢原料路线的选择取决于原料资源的可获得性、技术成熟度和原料的经济合理性。制氢的主要原料是炼油厂干气、天然气、煤、轻石脑油和重油。

但随着国内化工需求的上升，重油和石脑油资源化利用趋势加强，原重油制氢装置尚未充分发挥原料价值，​​经济性越来越难以体现成本效益方面，影响炼油厂的经济效益。所以他们被停产了。在实际生产中，以干气为原料的制氢装置需要全面解决全厂燃料平衡的矛盾。天然气制氢和煤炭作为独立原料来源制氢正成为制氢两个最重要的发展方向。相对而言，天然气制氢的单位投资较低，但煤制氢产氢量高，价格低，成本优势显着。在天然气价格高企和政策调控的情况下，煤制氢是经济的。

3 计算依据

10Mt/a规模炼油厂加工含硫原油（硫质量分数为2%），采用全加氢，最大限度地扩大重整规模，以生产成品油和化工原料为主要炼油工艺。成品油符合国五排放标准，两条工艺路线以独立制氢装置所需最小规模90000m3/h为基准进行比较。

(１）原材料以上海价格为准，天然气出厂价2.5元/m3（不含税，热值35948kJ/m３），煤炭450元/t（不含税）税原料油的氢碳比，热值 22990kJ/kg)。

(２）氧气采购0.5元/m3；3.5MPa蒸汽100元/t，1.0MPa蒸汽70元/t；淡水4元/m3；电0.56元/(kW·h) ）。

（３）煤制氢采用水煤浆技术原料油的氢碳比，建设投资12.4亿元，天然气制氢建设投资6亿元。人员成本统一。设备10年折旧后为5%；修理费为3%/a，财务费用为建设基金的70%，年利率按5%计算。

（４）比较范围在安装范围内，建设投资不包括征地费及配套储运设施。

4 主要结果

4.1 价格和成本参数

天然气制氢和煤炭制氢成本估算结果见表 1。

当上海天然气价格为2.5元/m3（不含税，下同）时，天然气制氢成本为12831元/t，即1.14元/m3。煤为450元/t时，煤制氢成本为9903元/t，即0.869元/m3。90000m3/h煤制氢，与天然气生产相比，每年可节约成本约2亿元。

4.2 天然气制氢成本构成

天然气制氢成本结构如图1所示。从图1可以看出，天然气制氢成本主要由天然气、燃料气和制造成本构成，其中天然气价格气是最重要的因素，占73.4%。燃料气是成本的第二个因素，占13.7%。考虑到总投资的70%的融资，制造和财务费用将占成本的9.3%。除燃气外的燃料电耗占比为2.4%。其他费用占1.2%。

4.3 煤制氢成本构成

煤制氢成本结构如图2所示。从图2可以看出，煤制氢的成本主要由煤、氧气、燃料电耗和制造成本构成，但占比煤炭成本远低于天然气成本，仅占36.9%。煤制氢一般采用部分氧化法制氢，按配套空分装置的制氧成本计算，占制氢量的25.9%。由于煤制氢生产投资大，制造费用和财务费用成为重要的成本因素，占比22.5%。燃料和电力成本占7.9%，其他成本占6.7%。

4.4 天然气制氢成本与煤炭制氢成本对应关系

相同的天然气制氢成本与煤炭生产成本对应关系如表2所示。从表2可以看出，当天然气价格为1.67元/m３、时，煤450元/吨，天然气制氢成本和煤制氢成本0.87元/m3；当煤价升至850元/吨时，两者制氢成本为1.15元/立方米。目前，这两种方法的制氢工艺均已应用于工业规模化生产。原料来源是影响氢气成本的主要因素，也成为企业选择技术的关键因素之一。

4.5 天然气和煤炭价格分布

2016年12月各省（区、市）非住宅用天然气基准门站价格（含增值税）见表3，2014-2016年我国主要地区煤炭价格指数见表4。天然气和煤炭价格具有明显的区域特征，主要分为华东、华南、华北和西北。其中，华东、华南距离天然气主产区较远。无论是管道运输还是LNG运输，都存在成本高的问题。目前价格在2.5元/m3以上，煤炭限制少，可以依靠海运优势进口。售价与环渤海湾指数国内运输价格基本持平。华北地区天然气靠近资源产地和国家主要进口管道，资源可得性好，气价相对较低。目前价格约为2元/m3。煤炭虽然离产地也很近，但基本靠铁路和公路运输，物流成本高，价格与国家环渤海指数持平。同时，京津冀地区环保压力大，压缩煤量大。西北地区地处天然气和煤炭主产区，售价较低。华北地区天然气靠近资源产地和国家主要进口管道，资源可得性好，气价相对较低。目前价格约为2元/m3。煤炭虽然离产地也很近，但基本靠铁路和公路运输，物流成本高，价格与国家环渤海指数持平。同时，京津冀地区环保压力大，压缩煤量大。西北地区地处天然气和煤炭主产区，售价较低。华北地区天然气靠近资源产地和国家主要进口管道，资源可得性好，气价相对较低。目前价格约为2元/m3。煤炭虽然离产地也很近，但基本靠铁路和公路运输，物流成本高，价格与国家环渤海指数持平。同时，京津冀地区环保压力大，压缩煤量大。西北地区地处天然气和煤炭主产区，售价较低。煤炭虽然离产地也很近，但基本靠铁路和公路运输，物流成本高，价格与国家环渤海指数持平。同时，京津冀地区环保压力大，压缩煤量大。西北地区地处天然气和煤炭主产区，售价较低。煤炭虽然离产地也很近，但基本靠铁路和公路运输，物流成本高，价格与国家环渤海指数持平。同时，京津冀地区环保压力大，压缩煤量大。西北地区地处天然气和煤炭主产区，售价较低。

4.6 碳税对制氢成本的影响

全球变暖和环境污染要求控制温室气体和污染物的排放，减排任务越来越艰巨。随着环境保护压力越来越大，特别是2015年在联合国气候变化框架公约巴黎气候大会上，中国提出到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%。而在化石能源消费二氧化碳排放达峰的目标之后，征收碳税将是不可避免的。

碳税的实施对煤制氢项目竞争力的影响远大于天然气制氢。碳税对制氢路线的影响见表 5。

以2015年上海2.5元/m的天然气价格和450元/t的煤炭价格计算，在碳税175元/t的情况下，煤制氢工艺成本相对较高- 与天然气制氢工艺相比更有效。失去优势。以华北地区2.0元/m的天然气价格和450元/t的煤炭价格为基准，当碳税为100元/t时，与天然气制氢工艺相比，煤制氢工艺成本较低。失去优势。以西北地区1.5元/m的天然气价格和300元/t的煤炭价格为基准，当碳税为50元/t时，煤制氢工艺为比天然气制氢工艺更具成本效益。失去优势。

5 一些建议

从计算结果可以看出，天然气制氢和煤制氢两条工艺路线的原料价格和对碳税的敏感性不同。原材料对天然气制氢的影响大于煤炭生产。总体而言，天然气价格变动 10% 相当于煤炭价格变动 23%。碳税对煤炭制氢的影响大于对天然气制氢的影响。碳税每变化25元/吨，天然气制氢成本变化0.01元/m3，煤制氢成本变化0.05元/m3。煤制氢燃料的电耗高于天然气制氢，对系统蒸汽和电力要求较高。企业需要支持锅炉，燃煤锅炉的统一建设以政府要求为准。随着成品油质量升级步伐的加快，炼油企业对氢气的需求持续上升，新建或扩建制氢工厂成为必然。氢气的成本已经成为提高企业竞争力的主要因素之一。为此，建议在协调各地区、各企业条件后，合理选择制氢路线。建造或扩建制氢工厂是不可避免的。氢气的成本已经成为提高企业竞争力的主要因素之一。为此，建议在协调各地区、各企业条件后，合理选择制氢路线。建造或扩建制氢工厂是不可避免的。氢气的成本已经成为提高企业竞争力的主要因素之一。为此，建议在协调各地区、各企业条件后，合理选择制氢路线。

天然气资源供应紧张。建议积极与政府协调，制氢路线以煤制氢为主。

其中北京、天津、河北、山西、山东、河南“2+26”城市被纳入京津冀大气污染传播通道。其中，北京、天津、廊坊、保定将在2017年10月底前完成“无煤区”建设。输电通道内其他城市将按照燃气、以电代用的原则在电力方面，每个城市5万到10万户家庭可以以气代煤或以电代煤。但该地区天然气资源来源广泛，目前北京已形成4条进京天然气管道，第5条正在建设中。天津和山东建设了进口液化天然气设施。山西，内蒙古等地计划建设几座煤制气厂。建议在该地区，在天然气有保障的情况下，优先建设天然气制氢装置。

(３）对于现有5.0Mt/a以下的非炼化一体化炼油企业，自产燃料气较多，氢气需求量小，干气运输成本高. 建议使用自产干气。 制氢装置的气体建设。

(４）现有城市炼油厂对环境要求苛刻，限制煤炭运输的因素较多，建议优先考虑干气和天然气结合燃料平衡制氢路线。

从烃蒸汽重整的化学反应可以看出，相同碳数下，氢碳比越高，理论产量越高。氢含量越高。如果以石油焦为原料进行煤气化，既可以解决煤炭供应保障问题，又可以解决石油焦的出口问题。建议此类企业主要采用焦炭/煤混合制氢路线。也解决了石油焦的出口问题。建议此类企业主要采用焦炭/煤混合制氢路线。也解决了石油焦的出口问题。建议此类企业主要采用焦炭/煤混合制氢路线。

(６）目前，高金属重质原油采用渣油加氢路线并不经济。建议减压渣油先用浅溶剂脱沥青，再进行加氢、催化裂化、为最大限度的将渣油转化为轻油产品，脱油后的硬质沥青可作为制氢原料或锅炉燃料。其收益受原油性质影响，油价水平和最终产品方案影响较大，需综合计算。

（７）煤炭和天然气的供应能力和价格对于制氢过程所需动力锅炉所用燃料的选择非常重要。根据上海地区价格初步测算， 10Mt/a炼油系统两种燃料相差约5亿元，华北地区相差3.5亿元。考虑到制氢成本，目前10Mt/a纯炼油企业，上海地区天然气比煤炭高出7亿元以上，而15Mt/a炼油企业的差价超过10亿元。如果是综合炼化企业，煤炭作为燃料和原材料的优势会更加明显（年成本差异估计在20亿元左右）。