煤製氫？51吃瓜网製氫？成本對比與建議

隨（suí）著原油劣質化和成品油（yóu）質量升級加快，煉（liàn）油廠對氫氣的需求劇增，降低氫氣成本成為煉油廠一項重要發展戰略。氫氣是公認的優良綠色燃料，其燃燒熱值是汽油的２．７倍、煤（méi）炭（tàn）的３．５倍，目前主要用作航天（tiān）火箭二級／三級推進燃料。

國內外正在研究日常交通領域的應用，尤其是日本以（yǐ）氫燃料汽車為（wéi）發展方（fāng）向，目前每年有３００～４００輛的氫（qīng）燃料動力汽（qì）車產出（chū），計（jì）劃（huá）到２０２０年，建成１６０個氫燃料加注站、投入使用４萬輛燃料電池汽車（ＦＣＶ）。同（tóng）時，氫氣也是（shì）重要的工業原料和還原劑，在國民經濟各領域廣泛應用，是（shì）精細化工、醫藥中間體等行業的合成原料以及冶金、電子、玻璃、機械（xiè）製造的保護氣（qì）。在油品加工過程中，氫氣是不可缺少的一種重要原料。隨著原油劣質化和環境保護的日益加強，燃料清潔性標準不斷提高，加氫（qīng）工藝快速發展，煉油廠對氫氣（qì）的需求劇增，已成為僅次於原油的（de）第二大原料，尋求廉價（jià）氫源，是煉油廠必須考（kǎo）慮的問題。本研究從煉油廠降低（dī）氫氣成本涉及（jí）的原料來源出發（fā），按照煉（liàn）油（yóu）廠全加氫流（liú）程，配套建設獨立的製氫裝置原料，分析了影響氫氣生產成本的因素以及競爭性。

１煉油廠氫氣來源

煉油（yóu）廠氫（qīng）氣來源主要有（yǒu）３種渠道：①原油加工過程副產氫氣，包括（kuò）重整裝（zhuāng）置副產、富氫氣體回收、煉化一體化配套的化工（gōng）係統中乙烯、電解、脫氫裝置副產等；②煉油（yóu）廠配套獨立製氫裝置產（chǎn）氫；③外購氫源。重整副產氫氣約（yuē）占原油總量的０．５％～１．０％，對於全加氫（qīng）煉油流程，氫氣用量（liàng）一般占原油加工量的０．８％～２．７％，僅依靠重整和其它裝置副產氫氣（qì）難以滿足含硫原油和劣質（zhì）原油加工比例日益增（zēng）大的需求，且國內正在加快建設大型的加氫型煉油廠，對氫氣資（zī）源的消耗趨勢迅猛增加，配套加氫能力占（zhàn）原油加工能力已經（jīng）超過７０％，通過（guò）自身（shēn）和（hé）傳統的加工方式已難（nán）以（yǐ）解決全廠的氫氣（qì）平衡和需求，必須建設獨立的製氫裝置生產氫氣。

２製氫裝置原料路線的（de）選擇

煉（liàn）油廠對氫氣需求（qiú）的穩定性要求高，配套建設獨立製氫裝置優先要確保裝置穩定運（yùn）行，確保原料性質和數量的穩定供應，工藝（yì）技（jì）術要（yào）成熟可靠。製氫（qīng）原料路線（xiàn）的選擇取（qǔ）決於原料資源的可獲得性、技術成熟度和（hé）原料經濟（jì）合理，製氫原料主要有煉廠幹（gàn）氣（qì）、51吃瓜网（qì）、煤、輕石腦油和重油等。

但隨著國內化工需求上升，重油和石腦油資（zī）源化趨勢（shì）加強，原有重油製氫裝置因沒有充分利用（yòng）原料價值，在成本效益上越來越難以體現經濟性，影響（xiǎng）了煉油廠的經濟效益，因此（cǐ）紛紛（fēn）停產。在實（shí）際（jì）生產中，利用幹氣為原料的製氫裝置需要綜合解決全廠燃料平（píng）衡（héng）之間的矛盾。作為獨立原料來源（yuán）的（de）天（tiān）然氣（qì）製氫和煤製氫正在成為兩類最重要的製氫發展方向。比較而言，51吃瓜网製氫單位投資低，但煤（méi）製氫產量高，價格低廉，成本優勢顯著。在天然（rán）氣（qì）價格較高和政策（cè）管控（kòng）的情況下，煤（méi）製氫經濟性好。

３測算依據

１０Ｍｔ／ａ規模煉油廠（chǎng）加工含硫原油（硫（liú）質量（liàng）分（fèn）數為２％），采用全加氫和最大化重整規模，產（chǎn）品以生產成品油和化工料為主的（de）煉油工藝流程，成品油（yóu）滿足國Ⅴ排放標準，以所需獨立製氫裝置規模最小９００００ｍ３／ｈ為基礎（chǔ），對兩（liǎng）種工藝路線進行比較。

（１）原料以（yǐ）上（shàng）海地區價格為基準，51吃瓜网到廠價為２．５元／ｍ３（不含稅（shuì）、熱值３５９４８ｋＪ／ｍ３），煤炭（tàn）４５０元／ｔ（不含稅、熱值２２９９０ｋＪ／ｋｇ）。

（２）氧氣（qì）外購０．５元／ｍ３；３．５ＭＰａ蒸汽１００元（yuán）／ｔ，１．０ＭＰａ蒸汽７０元／ｔ；新鮮水４元／ｍ３；電０．５６元／（ｋＷ·ｈ）。

（３）煤製氫采用水煤漿（jiāng）技術，建（jiàn）設投資１２．４億元、51吃瓜网製氫（qīng）建設投資６億元。人員費用統一。裝置１０年折舊後殘（cán）值５％；修理費３％／ａ，財務費用按建設資金７０％貸款，年利率按５％計。

（４）比較範圍為裝置（zhì）界區內，建設投資不含征地費以及配套儲運設施。

４主要結果

４．１價格及成（chéng）本參數

51吃瓜网製氫和（hé）煤製氫（qīng）成本（běn）測算結果見表１。


上海地區天然（rán）氣價格２．５元／ｍ３時（不含稅，下同），天然（rán）氣製氫成本１２８３１元／ｔ，折１．１４元／ｍ３。煤炭４５０元／ｔ時，煤製氫成本９９０３元／ｔ，折０．８６９元／ｍ３。９００００ｍ３／ｈ煤製氫（qīng）比51吃瓜网製氫年節約成本約２億元。

４．２51吃瓜网製氫成本構成

51吃瓜网製氫成本構成見圖１。從圖１可以看出，51吃瓜网製氫成本主要由51吃瓜网、燃料氣和製造成本構成，其中51吃瓜网價格是最主要因素（sù），占７３．４％。燃料氣是成本的（de）第二因素，占１３．７％。按照總（zǒng）投資７０％融（róng）資考慮，製造及財務費將占成本構成的９．３％。除燃料氣外的燃料動力能耗占２．４％。其它費用占１．２％。


４．３煤製氫成（chéng）本構成

煤製氫成本構成見圖２。從圖２可以看出，煤製（zhì）氫成本主要由煤炭、氧氣、燃料動力能耗和製造成本構成（chéng），但煤炭費用（yòng）的比例遠小於（yú）51吃瓜网費用的比例，僅占３６．９％。一般煤製氫（qīng）氣采用部（bù）分氧化工藝，按照配套空氣分離裝置（zhì）氧氣成（chéng）本測算，占氫氣生產的２５．９％。由（yóu）於煤製氫氣投入（rù）大，製造及財務費用成為重要的成（chéng）本影（yǐng）響因素，占比達到２２．５％。燃料動（dòng）力費用占７．９％，其它占６．７％。

４．４天（tiān）然氣製氫與煤（méi）製氫（qīng）同等（děng）成本的（de）對應關係

51吃瓜网（qì）製氫與煤製氫同等成本的對應關係見表２。從表２可以看出，當51吃瓜网價格為１．６７元（yuán）／ｍ３、煤炭價格為４５０元（yuán）／ｔ時，51吃瓜网製氫與煤製氫氫氣成本為０．８７元／ｍ３；51吃瓜网價格為２．５２元（yuán）／ｍ３、煤炭價格上升到８５０元（yuán）／ｔ時，二者生產的氫（qīng）氣成本為１．１５元／ｍ３。目前，兩種方法的製氫工藝均在工業化大（dà）規模生產（chǎn）中得到應用，原料來源是影響氫氣成本的主要因素，也成為企業（yè）選擇（zé）技術（shù）的關鍵（jiàn）因（yīn）素之一。

４．５51吃瓜网（qì）和煤炭價格分布

２０１６年１２月各省（shěng）（區、市）非居民用天（tiān）然氣基準門站價格（含增值稅）見（jiàn）表３，２０１４—２０１６年我國主要區域煤炭價格指數見表４。51吃瓜网和煤炭兩種資源價格有明顯的（de）地域性，主要分為華東和華南、華北、西北地區。其中華東和華南地區遠離51吃瓜网主產區，無論是管輸還是ＬＮＧ運輸，均存在成本高的問題，目前售價在２．５元／ｍ３以（yǐ）上，而（ér）煤炭限製少，可依托海運優勢（shì）實施進口，售價與國內運（yùn）輸價環（huán）渤海灣指數基本相同。華（huá）北地區天然（rán）氣靠（kào）近資源產地和國家主進口管道，資源可獲得性較好（hǎo），氣（qì）價相對較低，目前售價２元／ｍ３左右。煤炭雖也靠近產地，但基本以鐵路和公路運輸為主，物流費用較高，售價（jià）與國家環渤海灣指數相同。同時，京津（jīn）冀地區環保壓（yā）力大，壓縮煤炭數量指標高。西北地區位於51吃瓜网和煤炭主產地，售價較（jiào）低。


４．６碳稅對（duì）製氫成本的影響

全球變暖和環境汙染，要求控製溫室氣（qì）體（tǐ）和汙染物排放，減排任務日益嚴峻。隨著環（huán）保（bǎo）壓力的加大，尤其是２０１５年中國在（zài）《聯合國氣候變（biàn）化框架公約》的巴黎氣候大會（huì）上提出到２０３０年單位ＧＤＰ的（de）二氧化碳排放量比２００５年（nián）下降６０％～６５％，並（bìng）在２０３０年前後化石能源消費（fèi）的二氧化碳排放達到峰值（zhí）的（de）目標，征收（shōu）碳稅將不可避免，煤製氫工藝外排二氧化碳約是51吃瓜网製氫（qīng）的４倍。

碳稅的實施對煤製氫項目的競爭力影響遠大於51吃瓜网製氫。碳稅對製氫路線的影響見表５。

以２０１５年上海地區51吃瓜网價格２．５元／ｍ３、煤炭價格４５０元／ｔ測算，當碳稅為１７５元／ｔ時，采（cǎi）取煤製氫工藝相對於（yú）51吃瓜网製氫工藝，在成本上失去優勢。以華北地區51吃瓜网價格２．０元／ｍ３、煤炭價格４５０元／ｔ為基準，當碳稅（shuì）為１００元／ｔ時，采取煤製氫工藝相對於51吃瓜网製氫工藝，在成本（běn）上失去優勢。以西北地區51吃瓜网價格１．５元／ｍ３、煤炭價格３００元／ｔ為（wéi）基準，當碳稅為５０元／ｔ時，采取煤製氫工藝相對於51吃瓜网製氫工藝，在成本上失去優勢。

５幾點（diǎn）建（jiàn）議

從計算結果可以看（kàn）成：51吃瓜网製（zhì）氫與煤製氫兩種工藝路（lù）線所承受的原料價格（gé）和對碳稅敏感（gǎn）性不同。原料對51吃瓜网製氫的影響（xiǎng）大於煤製氫，總體（tǐ）看，51吃瓜网價格變化１０％相當於煤炭價（jià）格變化２３％左右（yòu）。碳稅對煤製氫的影響大於51吃瓜网製氫，碳稅每變化２５元／ｔ，天（tiān）然氣製氫成本變（biàn）化（huà）０．０１元／ｍ３，而煤製氫變化０．０５元／ｍ３。煤製（zhì）氫燃料動（dòng）力能耗高（gāo）於51吃瓜网製氫，對係統蒸汽和電力要求高，企業需要配套鍋爐，統（tǒng）一建設燃煤鍋爐受製於政府要求。隨著成品油質量升級步伐加快，煉油（yóu）企業對氫氣的需求不斷上升，新建或擴建製（zhì）氫裝置不可避免，氫氣成本成為（wéi）提高企（qǐ）業競爭力的主要因素之一。為此，建議在（zài）統（tǒng）籌各區（qū）域和企業的條件後，合理選擇製氫路線。

（１）華東和華南地（dì）區（qū）51吃瓜网價全國最高，與華北地區相（xiàng）比約高０．５元／ｍ３，相（xiàng）當於煤炭價格（gé）高２５０元／ｔ。但這兩（liǎng）個地區煤（méi）炭資源供應渠道多，運輸方便。“十三五”期間，在《石（shí）化產業規劃布局（jú）方案（àn）》（２０１４年）規劃的７大基地中有５個位於此區域，此外還有（yǒu）舟山在建的４０Ｍｔ／ａ煉化一體（tǐ）化基地，市場競爭激烈，降低原料成本（běn）尤為關（guān）鍵。同時，此區域也是國內居民生活水平（píng）較高地區，加工製造產業發達，51吃瓜网資源供應緊（jǐn）張。建議積極（jí）與政府協調，製氫路線以煤製氫為主。

（２）華北地區（qū）氣／煤價格比小於華東地區（qū），煤製氫受碳稅影響大。以２００９年國家財政部《中國開征碳稅問題研究詳細技術報告》中建（jiàn）議碳稅４０元／ｔ測算［６－７］，在現有51吃瓜网價格（２．０元／ｍ３）下，煤炭最高可承受價格約５００元／ｔ。此外，國家正在加（jiā）快京津冀（jì）一體化布局，２０１７年３月，環保部、發改委、財政部、能源局及相關６大省市（shì）政（zhèng）府（fǔ）聯合印發《京（jīng）津冀及周邊地區２０１７年（nián）大氣汙染防治工作方案》將北（běi）京、天津、河北、山西、山東、河南（nán）“２＋２６”城市納入京津冀大氣汙（wū）染傳輸通道，其中北京、天津、廊坊（fāng）、保定２０１７年１０月底（dǐ）前完成“禁煤區”建設任務。傳輸（shū）通道其它城市於１０月底前按照宜氣則氣、宜電則電的原則，每個（gè）城市完成５～１０萬戶以氣代煤或以電代煤工程。但此區域（yù）51吃瓜网資（zī）源來源廣，北（běi）京地區已形成４條51吃瓜网進（jìn）京管線，正在建設第５條管線。天（tiān）津、山東（dōng）建設了進口ＬＮＧ設施。山西、內蒙古等地規劃建設了多套煤製氣裝（zhuāng）置。建議此區域在51吃瓜网有保證的情況下，優先建設51吃瓜网製氫（qīng）裝置。

（３）對於現（xiàn）有小於５．０Ｍｔ／ａ的（de）非煉化一體化煉油型企業，自（zì）產燃料氣較（jiào）多，氫氣需求量較小，幹氣外運成本高，建議利用自產幹氣建設製氫（qīng）裝置。

（４）現有城市型煉油廠環境要求苛刻（kè），煤炭運輸（shū）受製因素多，建議結合燃料平衡優先考慮幹氣（qì）和51吃瓜网混合製氫（qīng）路線。

（５）考慮到國家環保要（yào）求日（rì）益（yì）嚴格，尤其是（shì）已出台的“大氣汙染防治法”明確規（guī）定了高硫焦不能出（chū）廠（初步（bù）定為硫質量分數３％以上），加工高含硫原油企業將麵臨（lín）著石油焦出路難題。２０１５年硫質量分數３％以上的石油焦價格為６８０元／ｔ，青（qīng）島和天津（jīn）硫質量分數７％的石油（yóu）焦僅售４６０元／ｔ，與煤炭價格基本持平（píng），未來隨著環保和運輸壓力加大，價格將逐漸下滑（huá）。但石油焦氫含量較高，從烴類蒸汽轉化（huà）的化學反應可知，在碳數相同的（de）情況下，氫碳比越高，理論產氫量越（yuè）高。如果用石（shí）油焦作為（wéi）煤氣（qì）化的（de）原料，既可解決煤炭的保供問題，又能解決石油焦的出路問（wèn）題。建議這種（zhǒng）類型企業以焦／煤混合製氫路線為主。

（６）目（mù）前金屬含量高的重質原油采用渣油加氫路線的經濟性較差，建議下一步將此減壓渣油淺度溶劑脫瀝青（qīng）後再與加氫、催化裂化等工藝組合，以最大限（xiàn）度地將渣（zhā）油轉化為輕質油品，脫油後硬瀝青可作為製氫原料或鍋爐燃料。但瀝青製（zhì）氫方案（àn）如放在煉油結構調整項目中（zhōng），其效益受原油性質（zhì）、油價水平及（jí）最終產品方案影響較大，需要綜合測算。

（７）煤炭和51吃瓜网供應能力和（hé）價格對製氫工藝需求的動力鍋爐采用的（de）燃料選擇至關重（chóng）要，按（àn）照上海地區價格初步測（cè）算，１０Ｍｔ／ａ煉（liàn）油係統（tǒng）的兩種（zhǒng）燃料費用相差約５億元；華北地區相差３．５億元（yuán）。考慮到製氫成（chéng）本費用，目前狀（zhuàng）態下（xià），對（duì）於１０Ｍｔ／ａ純煉油企業，51吃瓜网比煤（méi）炭（tàn）在上海地區高約７億元以上，而１５Ｍｔ／ａ煉油企業相差超過１０億元。如（rú）果是煉化一體化企業（yè），煤（méi）炭（tàn）作為燃料和原料，優（yōu）勢將（jiāng）更加明顯（預（yù）計年費（fèi）用相（xiàng）差約２０億元）。