國內(nèi)外氫氣的生產(chǎn)和消費分析報告

國內(nèi)外氫氣(H2)的生產(chǎn)和消費分析報告白雪松1

氫氣的生產(chǎn)及利用概述1.1

氫氣性質(zhì)及技術(shù)指標1.1.1

氫氣的性質(zhì)氫氣是無色無味的氣體，密度0.0695g/cm3,相對分子量2.0158。能燃燒，并能與許多非金屬和金屬直接化合。在常溫下不活潑，但在高溫時或催化劑存在時則十分活潑。用于制造合成氨、鹽酸、硬化油、合成甲醇、有機化合物加氫等工業(yè)，也用作金屬礦的還原劑和作氫氣球等。氫是公認的最潔凈的燃料，也是重要的化工合成原料。但它不是一次能源，它是要從一次能源通過轉(zhuǎn)換生產(chǎn)出來的能量載體。它又多以高壓氣態(tài)形式作為燃料或原料，在長距離輸送分配方面相對地存在著一定困難。因此，多數(shù)氫氣用戶建有制氫裝置，而較小規(guī)模的用戶則采用外購氫氣或液氫(一般為鋼瓶)。1.1.2

氫氣的技術(shù)指標我國現(xiàn)行《氫氣》國家標準經(jīng)國家技術(shù)監(jiān)督局批準發(fā)布并于1996年8月1日開始實施，定義純度99.99%以下的氫氣為工業(yè)氫，大于或等于99.99%的為純氫，大于或等于99.999%的為高純氫，大于或等于99.9999%的為超純氫，各類氫氣的技術(shù)指標見以下各表：表1工業(yè)氫標準項目指標優(yōu)等品一級品合格品氫純度10-2≥99.9099.5099.00氧含量10-2≤0.010.200.40氮含量10-2≤0.040.300.60氯

堿

水分露點/℃≤-43--

游離水/(ml/瓶)≤-無100注：①中華人民共和國國家標準《工業(yè)氫》GB/T3634-1995②含量與純度均為體積比③水電解氫不規(guī)定氯含量表2純氫、高純氫和超純氫質(zhì)量技術(shù)指標項目指標超純氫高純氫純氫氫純度10-2≥99.999999.99999.99氧含量10-6≤0.215氮含量10-6≤0.4560一氧化碳含量10-6≤0.115二氧化碳含量10-6≤0.115甲烷含量10-6≤0.2110水分10-6≤1.0330注：①中華人民共和國國家標準《純氫、高純氫和超純氫》GB/T3634-1995

1.2

氫氣的貯存與運輸通常，所有需要連續(xù)和大量使用氫氣的地方，都是采用現(xiàn)場生產(chǎn)，就地使用，如果需要的話，其貯氫量也不會很大，一般采用中低壓貯罐貯存，主要用于應(yīng)急、緩沖或調(diào)峰，其運輸方式不言而喻，均為管道輸送。只有用氫量不大或不需要連續(xù)使用氫氣的地方，才涉及到氫的貯運問題。氫的貯運有四種方式可供選擇，即氣態(tài)貯運、液態(tài)貯運、金屬氫化物貯運和微球貯運。目前，實際應(yīng)用的只有前三種，微球貯運方式尚在研究中。

(一)氣態(tài)氫由于氣態(tài)氫密度低，比容大，只有高壓貯運才可能有效率。高壓貯氫容器為普通鋼瓶或管束式拖車。對用氫量少而分散的眾多用戶，采用高壓氣體鋼瓶貯運的形式是比較經(jīng)濟的。這種方式的特點是可以在恒定的壓力下獲得氫氣，簡單而迅速，且易于移動。氣體壓縮的經(jīng)濟性也很顯著，如假定壓縮效率為100%，所需的能量僅比壓縮氫的低燃燒熱值高5%。但這種方式僅能貯存和運輸少量的氫氣。高壓氣體鋼瓶的使用溫度范圍為-50~60℃，中國常用的鋼瓶容積多為40L(水容積)，工作壓力多為15MPa。國外常用鋼瓶多為50L(水容積)，典型工作壓力范圍15~40MPa，常用工作壓力20MPa。我國充裝氫氣的鋼瓶應(yīng)符合GB5099的規(guī)定，高壓氫氣瓶顏色規(guī)定為：外表深綠色，字樣為紅色“氫”，當(dāng)額定工作壓力為15MPa時不加色環(huán)，20MPa時，加黃色環(huán)一道，30MPa時，加黃色環(huán)二道。按有關(guān)規(guī)定，所有可燃氣體鋼瓶的閥門接口均應(yīng)有別于惰性氣體，為反絲(逆時針方向進)螺紋接口。用鋼瓶貯運氫效率低，以水容積40L，質(zhì)量50kg的鋼瓶計，氫氣充裝壓力15MPa時，約可貯存氫氣0.485kg，貯氫質(zhì)量不足鋼瓶自身質(zhì)量的1%。較大量的氫氣允許在高壓(16550kPa)管束式拖車中運輸，在美國，管束式拖車設(shè)計容量為708~5100m3。將來，超大規(guī)模貯存氣態(tài)氫的方法可以考慮利用枯竭的天然氣氣井作地下貯存。雖然按單位體積熱值計的貯氫成本高于天然氣，但卻可以借用現(xiàn)成的天然氣管道系統(tǒng)來輸送氫氣。美國得克薩斯州休斯敦/阿瑟港地區(qū)正在使用的一條225km長的輸氫管道就是這樣的氫氣貯存和輸送系統(tǒng)。盡管氫的液化是一項成熟技術(shù)，但由于氫的一些特殊物理性質(zhì)，如存在焦耳－湯姆遜轉(zhuǎn)變溫度，沸點低(20.4K)，液態(tài)正－仲自發(fā)轉(zhuǎn)化放熱等，使氫的液化成本高，且貯存和運輸都有一定困難。要液化氫，首先得將氫預(yù)冷到焦耳－湯姆遜轉(zhuǎn)變溫度以下，然后經(jīng)制冷循環(huán)獲得液氫。貯存液氫時必須注意到氫液化時會生成兩種變體：正氫和仲氫，其比例約為3∶1，氫液化時必須進行催化轉(zhuǎn)化，將正氫轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的仲氫形式，直至平衡狀態(tài)(含99.8%的仲氫)。為避免液氫自發(fā)建立正－仲平衡時放出熱量，并強烈地蒸發(fā)液氫，運輸槽車或倉庫中應(yīng)裝入仲氫含量高(>95%)的液氫。出于人類太空研究計劃的需要，液氫的貯存和運輸量逐漸增大。目前已能建造貯存量1000m3以上容積的大型液氫絕熱貯槽。例如，美國原子能委員會(現(xiàn)能源部)在內(nèi)華達州的試驗基地建有一個1893m3的大型液氫球罐。液氫遠距離運輸通常采用鐵路槽罐車，槽罐之液氫容量為36～107m3，采用專門設(shè)計的高真空低溫絕熱系統(tǒng)，以保證真空絕熱層的絕壓低于133MPa(1μmHg)，傳熱系數(shù)達到0.1163W/(m2·K)的要求。絕熱系統(tǒng)除高真空夾套外，還包括多層輻射屏蔽層。設(shè)計良好的液氫槽罐，能在20K溫度下較長時間內(nèi)貯存液態(tài)氫，液氫日蒸發(fā)率小于0.3%。由于液氫密度低(70kg/m3)，一個107m3的液氫槽罐，載重不到7.5t，完全可以用槽車運輸。同時，由于氫的氣液體積比大，100m3液氫相當(dāng)于78800m3氣態(tài)氫，因此，液氫貯罐亦可作為需要大量使用氫氣工藝的工作貯備罐。(三)金屬氫化物比較有前途的一種氫貯存方式是用金屬氫化物法進行氫氣的貯存與運輸。這種工藝極其簡單，與壓縮氣體和低溫液化形成鮮明的對比，只要選擇一種適合的金屬氫化物，就能使氫在室溫和不太高的壓力下貯存于金屬氫化物中。用金屬氫化物貯氫的突出優(yōu)點在于：安全——氫是處于低壓下，與另一種物質(zhì)(貯氫合金)結(jié)合成準化合物態(tài)而存在，不需要高壓，也不需要低溫；緊湊—貯氫密度高，即在一給定體積的氫化物中貯存的氫比相同體積的液氫重；高純度—從氫化物中加熱釋放出的氫具有極高的純度，通?？梢赃_到99.999%以上(對某些應(yīng)用須除去隨氫帶出的固體顆粒)。然而，到目前為止，真正將金屬氫化物貯氫用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的并不多，究其原因，主要有四個方面，①貯氫合金太貴；②由于貯氫過程中有大量熱量釋放出來，貯存器內(nèi)必須增加換熱設(shè)備，以除去放出的熱量；③氫化物自身很不穩(wěn)定，易受有害雜質(zhì)組分的毒害，多次使用之后，性能明顯下降；④貯氫密度雖高，但貯氫質(zhì)量比太低，即以質(zhì)量計，僅能貯存2%～4%的氫氣。作為金屬氫化物貯氫的應(yīng)用研究，較多的是作汽車發(fā)動機燃氣的研究。例如，日本鈴木汽車公司研制出一種用Mg作粘結(jié)劑的Ti—Zr貯氫復(fù)合材料用于燃氫汽車，經(jīng)受1000次循環(huán)而無衰退現(xiàn)象，它利用一臺貯氫量為37m3(標)的貯氫裝置(重約280kg)，驅(qū)動車輛行駛200km。(四)微球貯氫有人提出用玻璃微球來貯存氫氣。球體直徑是200～500μm，壁厚是0.2～0.5μm，加熱到300～400℃，在高氫氣壓力(80MPa)下，氫氣透過球壁進入球體，冷卻到室溫時，由于擴散速度顯著降低而捕集到高壓氣體，通過加熱可回收氫氣。微球吸氫量較高，按質(zhì)量計約為5%~10%，但存在的問題是當(dāng)壓力太高時常會產(chǎn)生球體破裂，在環(huán)境溫度下球內(nèi)吸收的氫會緩慢泄漏。另外的研究還表明，鋁硅酸鹽沸石晶體也具有適合氫分子大小的通道和孔隙，但與玻璃微球貯氫一樣，也必須在極高的壓力下操作。目前微球貯氫技術(shù)仍在探索階段。國內(nèi)外氫氣生產(chǎn)和消費的最大應(yīng)用領(lǐng)域是合成氨、甲醇或煉廠，這些領(lǐng)域均由現(xiàn)場供應(yīng)，通過管道輸送。商品氫的主要用戶有電子、玻璃、化工產(chǎn)品及直接液氫用戶如火箭燃料。國外商品氫主要是專業(yè)工業(yè)氣體公司供應(yīng)，包括氣態(tài)和液態(tài)形式，多數(shù)是以氣態(tài)氫的單用戶或多用戶管線供應(yīng)，也有以液氫或氣態(tài)氫的鋼瓶、汽車槽車、鐵路槽車等方式供應(yīng)，但這些業(yè)務(wù)只占氫氣市場的很小一部分。氣態(tài)氫的供應(yīng)基本上是區(qū)域性的，管線供應(yīng)半徑很少超過200公里，液氫可以進行長距離運輸，供應(yīng)半徑很大，達到1000公里或更遠。隨著能源價格的上升和人們對環(huán)保的日益關(guān)注，氫作為可再生能源或者重要的能源載體受到更多重視，氫氣貯運技術(shù)是今后氫能利用的關(guān)鍵，也是氫能技術(shù)開發(fā)的重要方向，還需要更多工作。1.3

氫的主要生產(chǎn)方法氫氣主要是由化石能源天然氣（CH4）、原油（烴）或煤等原料，與水蒸汽在高溫下經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)化法、部分氧化法、煤氣化法等工藝生成。在轉(zhuǎn)化過程中，化石能源中的碳首先變?yōu)镃O（或CO2）。為了得到更多氫，又通過水汽變換反應(yīng)CO+H2O＝H2+CO2，把CO進一步轉(zhuǎn)化為CO2。所以，由化石能制氫就會排放CO2。其CO2排放量：煤>油>天然氣，這是由原料的碳氫比所決定的。當(dāng)前在中國氫氣是較貴和較缺的（相對于其他國家來說），主要是因為我國一次能源是以煤為主，煤比石油，天然氣含氫量少，制氫過程就需要用更多的蒸汽，要消耗較多的能量。煉油廠和一些化工過程也會副產(chǎn)一些氫氣。氫也可由電解水（鹽水）生產(chǎn)，但這是一種較昂貴的方法，一般是在特殊的生產(chǎn)目的下的副產(chǎn)品，例如氯堿工業(yè)；或是為了獲得特殊需要的氫（如火箭燃料）。電解法制氫通常規(guī)模小、成本高，只有在利用水電或太陽能光解水時，才可以說是經(jīng)濟的。今后氫能利用技術(shù)的推廣也有賴于廉價氫氣的大規(guī)模生產(chǎn)。1.4

氫的利用氫氣的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，其中用量最大的是作為一種重要的石油化工原料，用于生產(chǎn)合成氨、甲醇以及石油煉制過程的加氫反應(yīng)。此外，在電子工業(yè)、冶金工業(yè)、食品加工、浮法玻璃、精細化工合成、航空航天工業(yè)等領(lǐng)域也有應(yīng)用。我國氫氣主要是作為化工合成的中間產(chǎn)品或原料，作為直接產(chǎn)品或燃料的量較少。氫氣用量最大的用處是合成氨，世界上~60%的氫是用在合成氨上，中國的比例更高。為了改善環(huán)境的要求，目前對汽、柴油的質(zhì)量要求在不斷提高，煉油過程的加氫裂化和加氫精制過程，也需要應(yīng)用大量的氫氣，煉油廠重整等過程副產(chǎn)的氫氣是遠不夠用的。有加氫裂化和加氫精制裝置的廠，都需另加輕油蒸汽重整（或部分氧化）的制氫裝置。氫氣另一項較大量的用處是經(jīng)合成氣（CO/H2）合成甲醇。在一些技術(shù)發(fā)達的國家，甲醇主要是用來生產(chǎn)MTBE作為汽油的添加劑。在中國由于C4烯烴的量有限，合成MTBE消耗甲醇量的比例不是很高。甲醇既是重要的化工原料，本身也是一種很好的發(fā)動機燃料。因此，甲醇是最重要的C1化工產(chǎn)品。開辟甲醇的應(yīng)用范圍和其下游產(chǎn)品，將對優(yōu)化利用化石能源起到重要作用。一碳化工過程將是利用氫氣（合成氣H2/CO）的重要方面。例如OXO反應(yīng)可以從烯烴生產(chǎn)醛和進一步加氫生產(chǎn)醇（重要的增塑劑）。從合成氣也可直接或間接合成液體燃料、烯烴和其他重要的含氧化合物（除了甲醇以外的其他醇、醋酸、醋酐、二甲醚、甲酸、甲酸甲酯等等）。氫氣也是其他有機化合物加氫過程的原料。煤的直接液化過程就需要大量的氫作為中間原料。煤的間接液化（F-T合成）、甲烷化反應(yīng)，也都需要大量的氫氣。氫氣在電子工業(yè)、冶金工業(yè)、浮法玻璃等行業(yè)中主要作為還原氣體，也在電子工業(yè)中用作燃料。在航天領(lǐng)域主要應(yīng)用的是液氫，作為火箭推進的主要燃料。除以上常規(guī)用途之外，目前越來越多的科研機構(gòu)在著力于研究氫能的開發(fā)和利用。以氫為能源的燃料電池有希望解決我們所面臨的幾乎每一個能源問題。在住宅辦公室里，燃料電池會在電網(wǎng)無法辦到的時候使電燈保持明亮；由氫電池驅(qū)動的汽車不會污染空氣；如果有一天，人類徹底放棄礦物燃料，以氫為基礎(chǔ)的能源將意味著全球變暖壓力的減輕，什么溫室現(xiàn)象、臭氧層破壞、厄爾尼諾現(xiàn)象等麻煩會立即減小到最低程度，甚至不會再出現(xiàn)。專家們樂觀的估計，到2010年末，燃料電池汽車將成為氫經(jīng)濟的主力軍。由于燃料電池技術(shù)新的發(fā)展，氫氣作為燃料電池的燃料，展現(xiàn)了極廣泛的和潛在的市場。如何從規(guī)劃及技術(shù)上準備和迎接這一必然要到來的發(fā)展，將是一項極為重大的事情。2

國外氫氣的生產(chǎn)和消費2.1

國外H2生產(chǎn)現(xiàn)狀世界上氫氣生產(chǎn)和消費的最大應(yīng)用領(lǐng)域是合成氨、甲醇或煉廠，這些領(lǐng)域均由現(xiàn)場供應(yīng)，而且是采用烴類的蒸汽轉(zhuǎn)化工藝，如天然氣、石腦油等制氫。2.1.1

美國美國多數(shù)煉廠、石化廠等擁有制氫裝置，美國制氫裝置能力共計270萬噸/年(其中未包括合成氨和甲醇裝置，是由于合成氨和甲醇裝置中氫氣不是目的產(chǎn)品，故不統(tǒng)計氫氣能力)。美國是世界上主要的氫氣生產(chǎn)和消費國，商品氫的供應(yīng)量較大。據(jù)統(tǒng)計，1999年美國氫氣產(chǎn)量(含合成氨、甲醇裝置氫氣)約為750萬噸/年，2002年美國氫氣的產(chǎn)量約為820萬噸/年，1999-2002年美國氫氣產(chǎn)量以3%左右的速度增長。由于油品質(zhì)量指標提高，氫耗增加，多數(shù)煉廠制氫裝置開工率較高，同時，一些煉廠改變傳統(tǒng)的自建制氫裝置的做法，而由工業(yè)氣體公司供應(yīng)，因此，商品氫產(chǎn)量的增長更快。美國商品氫的生產(chǎn)以氣態(tài)氫為主，液氫只占很小部分。美國液態(tài)氫市場一部分由國內(nèi)裝置供應(yīng)，另外有一部分由加拿大的合資公司供應(yīng)，美國液氫市場主要供應(yīng)商如下表：表3美國液氫市場主要供應(yīng)商公司名稱能力(噸/天)備注美國液氫裝置

AirprouductsandChemicals，Inc.964套裝置Praxair，Inc.1094套裝置加拿大液氫裝置

AirprouductsCanadaLtd.271套BOCCanadaLimited141套HydrogenA1Inc.101套合計256

北美的液氫市場發(fā)展很快，第一個液氫裝置建于美國，用于美國的太空計劃，隨后在加拿大利用相對便宜的能源供應(yīng)建立了第二套裝置。目前有四家公司控制著北美的液氫市場，分別為空氣產(chǎn)品和化工公司、Praxair(普萊克斯)公司、BOC公司、美國液空公司。2.1.2

西歐西歐地區(qū)大部分氫氣的生產(chǎn)是供裝置自用。對于商品氫，僅占約2%，其中以鋼瓶或槽車運輸?shù)膬H占氫氣消費的一小部分，大部分氫氣還是使用管輸?shù)臍鈶B(tài)氫。目前西歐的氫氣市場構(gòu)成如下圖：西歐主要液氫生產(chǎn)商是L’airLiquideAS，LindeGasAG、AirProductsNederlandBV，其生產(chǎn)能力如下表：表4西歐主要液氫生產(chǎn)商公司名稱裝置能力(噸/天)L'AirLiquideSA10.5LindeGasAG4.4AirProductsNederlandBV5.4

20.3西歐最大的氫氣供應(yīng)商是Linde-AGA，占36%的市場份額，L’airLiquide占31%，AirProuducts占13%，BOC占10%，MesserGriesheim占6%，Praxair占2%，其余占2%。2001年西歐氣態(tài)商品氫的生產(chǎn)能力約為70萬噸/年，主要裝置集中在丹麥、法國、德國、意大利、葡萄牙和英國等。西歐煉廠和石化企業(yè)自用氫裝置能力約106萬噸/年(不包括合成氨和甲醇裝置產(chǎn)氫能力)。2.1.3

日本日本主要液氫生產(chǎn)商是IwataniIndustrialGasesCorp.和PacifichydrogenCo.,Ltd.，生產(chǎn)能力分別為12.4噸/天和17.5噸/天。氣態(tài)商品氫的生產(chǎn)能力約為45610NM3/小時(折3.3萬噸/年)，西歐煉廠和石化企業(yè)自用氫裝置能力3461萬NM3/小時(折103.7萬噸/年)。2.2

國外H2消費構(gòu)成及預(yù)測氫氣的主要消費領(lǐng)域是石油化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括合成氨、甲醇、石油煉制產(chǎn)品和其它石化產(chǎn)品等，三者占總消費量的98%以上，另外還有食用油脂、金屬加工、電子、浮法玻璃、火箭等領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用，但用戶分散、用量小，約占總消費量的1~1.5%。2002年世界氫氣產(chǎn)量達4100萬噸/年，美國、西歐和日本是氫氣生產(chǎn)和消費的大戶，消費量分別占世界總消費量的20%、17.3%、3.7%，預(yù)計2007年世界氫氣的消費量約達4850萬噸/年，2002~2007年世界氫氣消費增長速度約為3.4%/年。3

國內(nèi)H2的生產(chǎn)和消費情況3.1

國內(nèi)氫氣生產(chǎn)利用概況我國工業(yè)氫氣的來源主要有烴類水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫、煉廠重整裝置副產(chǎn)氫、乙烯廠、燒堿廠等回收氫，較小規(guī)模的還有電解水制氫、合成氨分解制氫等。氫的生產(chǎn)和供應(yīng)多以氣態(tài)形式，液氫應(yīng)用多用于與國防航天事業(yè)有關(guān)的領(lǐng)域。我國氫氣最大用戶是合成氨工業(yè)，約占總消費量的80%以上。但是隨著我國環(huán)保要求日益嚴格，及加入WTO以后產(chǎn)品與國際接軌的要求，國內(nèi)汽、煤、柴和潤滑油的質(zhì)量指標大幅度提高，因此，作為油品質(zhì)量改善的主要手段，煉油過程的加氫裂化、加氫精制近年增長最快，也需要應(yīng)用大量的氫氣。另一較大氫氣用戶是利用合成氣（CO/H2）合成甲醇，近年我國甲醇產(chǎn)能增長很快。其它方面如OXO反應(yīng)生產(chǎn)除了甲醇以外的其他醇、醋酸、醋酐、二甲醚、甲酸、甲酸甲酯等等，在我國都有較快的發(fā)展。以煤為原料，從合成氣直接或間接合成液體燃料的項目也在研討和開發(fā)過程中，如神華煤液化項目已開始進行項目基礎(chǔ)設(shè)計。3.2

國內(nèi)H2資源生產(chǎn)消費現(xiàn)狀及預(yù)測3.2.1

合成氨l

合成氨的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展預(yù)測合成氨是我國第一大耗氫產(chǎn)品。我國作為農(nóng)業(yè)大國，也是化肥生產(chǎn)大國，合成氨生產(chǎn)大國。最近十多年來我國合成氨生產(chǎn)能力大幅增長，2002年我國合成氨總生產(chǎn)能力達約4500萬噸/年，產(chǎn)量3654萬噸/年，能力和產(chǎn)量己居世界第一位。國內(nèi)氮肥消費量經(jīng)過了近二十年的高速增長，目前己進入平穩(wěn)發(fā)展階段，根據(jù)國家“十五”化肥發(fā)展規(guī)劃，預(yù)測2000~2010年我國化肥需求增長率約為1.5%，化肥用氨稍有增長，而工業(yè)用氨變化不大，預(yù)計同期國內(nèi)合成氨產(chǎn)量將達到3700萬噸/年左右。2002年我國合成氨的生產(chǎn)量3654萬噸，合成氨氫氣消費量約645萬噸/年，預(yù)計2005~2007年我國合成氨產(chǎn)量達到3700萬噸/年，屆時氫氣需求量約653萬噸/年。3.2.2

甲醇八十年代末，我國甲醇能力達86萬噸/年。進入九十年代，國內(nèi)甲醇生產(chǎn)得到了較大的發(fā)展，2002年底全國生產(chǎn)能力已達380萬噸/年。近年來，受國外產(chǎn)品的沖擊，我國甲醇裝置的開工率較低。2002年甲醇產(chǎn)量210.9萬噸，進口甲醇180萬噸，消費甲醇約391萬噸，自給率54%。然而今后幾年中我國甲醇需求增長迅速，按照甲醇下游工業(yè)的發(fā)展預(yù)測，2007年我國甲醇需求量將達到550萬噸/年，屆時國內(nèi)產(chǎn)量將達310萬噸。與合成氨相比，我國甲醇裝置能力小得多，甲醇合成過程中耗氫量也要小得多。2002年甲醇產(chǎn)量210.9萬噸計，甲醇氫氣消耗量達24.8萬噸，預(yù)計近年內(nèi)甲醇產(chǎn)量增長率達8%，相應(yīng)氫氣消耗量年增幅也達8%。3.2.3

石油煉制石油煉制工業(yè)用氫量僅次于合成氨，氫氣主要用于石腦油加氫脫硫，精柴油加氫脫硫，改善航空燃油的無煙火焰高度，燃料油加氫脫硫，加氫裂化；加氫精制的目的是除掉有害化合物，例如硫化氫、硫醇、總硫、水、含氮化合物、芳香烴、酚類、環(huán)烷酸、炔烴、烯烴、金屬和準金屬等。催化重整原料的加氫精制目的是除去石腦油中的硫化物、氮化物、鉛和砷等雜質(zhì)。加氫裂化是在氫氣存在條件下進行的催化過程，反應(yīng)主要特征是C-C鍵的斷裂。所用氫量大，壓力高，空速低。選擇性加氫主要用于高溫裂解產(chǎn)物。在石油煉制下游領(lǐng)域，氫氣主要用于C3、C4餾份加氫，汽油加氫，C6～C8餾份加氫脫烷基，生產(chǎn)環(huán)己烷。在石油煉制工業(yè)中，氫氣的消耗是由加工的原料和加工工藝所決定的。一是原油中含硫量較高，會對下游生產(chǎn)裝置造成腐蝕，或?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此，需要更多的加氫裝置并消耗更多氫氣。再者，煉廠生產(chǎn)過程中有催化裂化、催化裂解等裝置，造成汽油、柴油或其它成品油中烯烴含量過高，影響產(chǎn)品的氧化安定性，造成產(chǎn)品質(zhì)量指標不合格。而且近年環(huán)保要求越來越嚴格，油品質(zhì)量指標日益提高，煉油廠氫氣的消耗量大幅度增加，因此，近年我國多數(shù)煉新建了制氫裝置。中國是煉油大國，原油一次加工能力居世界第三位。2002年原油一次加工能力2.73億噸，原油加工量2.2億噸，四大類成品油產(chǎn)量已達13223萬噸。根據(jù)國家經(jīng)濟研究部門預(yù)測，2000-2010年國民經(jīng)濟(GDP)增長率將保持在7%左右，預(yù)測到2005年中國原油加工量為24000萬噸左右，成品油(汽煤柴油)需求量達到13300萬噸左右，年均增長率約為4.0%。預(yù)測到2010年中國成品油(汽煤柴油)需求量達到17000萬噸左右，年均增長率約為5.0%，預(yù)計中國原油需求量將達到34500萬噸。由于中國原油產(chǎn)量不足，供需矛盾將越來越突出，中國會更多的進口國外原油，特別是高含硫原油。隨著我國高硫油加工比例的增加，特別隨著近兩年的清潔油品指標的發(fā)布和實施，企業(yè)多采用加氫工藝，對汽油、柴油和潤滑油進行改質(zhì)和精制，促使國內(nèi)煉油廠加氫裝置比例增加。2001年國內(nèi)煉廠制氫裝置能力為99.5萬M3/h。全國煉廠制氫裝置的氫氣產(chǎn)量約68萬M3/h，折48.89萬噸/年，制氫裝置開工率為68.3%。重整裝置氫氣一般氫氣含量為80%左右，全國重整裝置氫氣產(chǎn)量約為33萬M3/h，折23.73萬噸/年。煉廠主要耗氫裝置耗氫量如下表：表5石油煉制加氫工藝耗氫量裝置名稱進料氫氣耗量(NM3/噸)備注加氫精制直餾石腦油3

FCC石腦油56

煤油8

脫硫裝置

低于0.2%S含量(W)低硫柴油8

低于0.05%S含量(W)低硫柴油12

低于0.2%S含量(W)高硫柴油25

低于0.05%S含量(W)高硫柴油29

FCC柴油83

常壓渣油143

脫芳烴裝置

低于20%芳烴含量脫硫柴油21

低于10%芳烴含量脫硫柴油48

加氫裂化減壓蠟油171~214

常壓渣油171~429

2002年原油加工量為21955萬噸，較2001年增加4.6%，且含硫原油的加工量增加，估計氫氣消費量為110.8萬M3/h，折72.8萬噸/年，氫氣的產(chǎn)量則達116.6萬M3/h，折76.6萬噸/年。根據(jù)我國煉油行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，“十五”期間我國現(xiàn)有裝置能力增幅不大，但加氫裂化、加氫精制、脫硫脫芳等加工裝置總能力及其比例都將大大提高，預(yù)計2007年我國煉油行業(yè)氫氣的需求量將以5%左右的速度增長。3.2.4

燒堿燒堿是通過電解食鹽水來生產(chǎn)的，生產(chǎn)過程中副產(chǎn)一定量的氫氣。對于大中型燒堿裝置和企業(yè)，這部分副產(chǎn)氫氣量也很可觀，我國是燒堿生產(chǎn)大國，多數(shù)燒堿廠均配套建設(shè)鹽酸、聚氯乙烯裝置，以平衡氯氣并回收利用副產(chǎn)氫氣。2002年我國燒堿生產(chǎn)能力達到約850萬噸/年，產(chǎn)量823萬噸，均居世界第二位，凈出口量約達到22萬噸。預(yù)計“十五”期間國內(nèi)新增離子膜燒堿能力128萬噸/年。預(yù)計2007年國內(nèi)燒堿需求量在870萬噸左右，化工、冶金和紡織等行業(yè)耗堿數(shù)量和比例則呈明顯上升趨勢。2002年國內(nèi)燒堿副產(chǎn)氫氣量約20.57萬噸，多數(shù)燒堿企業(yè)配套建設(shè)了鹽酸和聚氯乙烯裝置，以利用副產(chǎn)氫，燒堿企業(yè)副產(chǎn)氫的平均利用率約達60%。2007國內(nèi)燒堿副產(chǎn)氫氣量增長不大，估計利用率有小幅提高，總體上講，燒堿廠的氫氣利用率較低，隨著氫氣用戶的增加，燒堿廠氫氣回收還有較大的發(fā)展空間。3.2.5

其它化工產(chǎn)品化工產(chǎn)品生產(chǎn)中采用加氫工藝的還很多，但用量較小，一般附屬于合成氨廠、煉油廠或燒堿廠，我國主要耗氫的化工產(chǎn)品有苯胺、己內(nèi)酰胺、過氧化氫等，另外有部分食用油脂生產(chǎn)采用加氫工藝。從主要化工產(chǎn)品分析，目前我國化工產(chǎn)品耗氫量約3.9萬噸/年，預(yù)計今后這方面的氫氣消費年增長率達10%。3.2.6

焦碳行業(yè)隨著我國鋼鐵生產(chǎn)的穩(wěn)步發(fā)展，自1996年鋼產(chǎn)量突破1億噸大關(guān)以來，我國已連續(xù)五年成為世界第一產(chǎn)鋼大國，2002年我國鋼產(chǎn)量達1.8億噸，相當(dāng)于美國和日本鋼產(chǎn)量的總和，占世界的五分之一。有關(guān)研究顯示：預(yù)計中國全年鋼材表觀消費量將超過2.4億噸。其中全年進口鋼材將超過3000萬噸，成為世界第一大鋼材進口國；預(yù)計今年鋼產(chǎn)量將超過2.1億噸，穩(wěn)居世界各國鋼鐵產(chǎn)量首位。焦碳是鋼鐵工業(yè)所必須的原材料，隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，焦碳產(chǎn)量隨之增加，目前我國焦碳產(chǎn)量超過1.2億噸/年，居世界第一。全國有各類機械化焦?fàn)t約750座以上，年設(shè)計煉焦能力約9000萬t/a，其中炭化室高度為4m～5.5m以上的大、中型焦?fàn)t產(chǎn)量約占80%。中國大容積焦?fàn)t（炭化室高~6m）已實現(xiàn)國產(chǎn)化，煤氣凈化技術(shù)已達世界先進水平，干熄焦、地面煙塵處理站、污水處理等已進入實用化階段，焦炭質(zhì)量顯著提高，其主要化工產(chǎn)品的精制技術(shù)已達到或接近世界先進水平。我國焦碳主要消費于鋼鐵工業(yè)，其中鋼鐵工業(yè)年產(chǎn)消耗在6500萬噸以上，其他工業(yè)消耗2700~3000萬噸，近年出口增長較快，焦炭成為我國的主要出口產(chǎn)品之一，出口量逐年上升，2000年達到1500t/a，已成為全球最大的焦炭出口國。據(jù)報導(dǎo)，目前國內(nèi)鋼鐵行業(yè)的飛速發(fā)展和焦炭市場的緊張局面引起焦炭供需關(guān)系發(fā)生變化，今后兩年國內(nèi)將新增焦化能力5000萬噸。焦?fàn)t氣是焦碳生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，通常生產(chǎn)1噸焦碳可副產(chǎn)420Nm3焦?fàn)t氣。一般焦?fàn)t氣的組成為：氫氣52.2~55.6%，氮氣4.9%，甲烷27.1~30.4%，CO

7.5%，O2

0.1%，CO2為2.0%，重烷烴為2.8%，其余為飽和水蒸汽。以年產(chǎn)100萬噸的焦碳企業(yè)為例，可副產(chǎn)焦?fàn)t氣4.2億Nm3，按2.5Nm3焦?fàn)t氣提1.0Nm3氫氣計，可制取1.68億Nm3氫氣。據(jù)此推算，我國作為焦碳生產(chǎn)大國，煉焦行業(yè)可提純副產(chǎn)氫氣量超過180萬噸/年。作為鋼鐵生產(chǎn)廠配套建設(shè)的焦化廠，其焦?fàn)t氣一般作為聯(lián)合企業(yè)的氣體燃料，只有少數(shù)企業(yè)經(jīng)變壓吸附裝置提純氫氣，作為冷軋廠等生產(chǎn)過程的保護氣或作為商品氣出售，如寶鋼、武鋼等企業(yè)。非冶金配套企業(yè)主要作為城市煤氣或企業(yè)自身燃料，目前多數(shù)焦?fàn)t氣未提純氫氣，僅作為企業(yè)燃料。氫氣資源非常寶貴，僅作燃料是非?？上У?，因此，很多企業(yè)在尋找氫氣新的利用途徑，氫氣的化工利用仍是目前多數(shù)企業(yè)的首選，隨著氫能技術(shù)的發(fā)展，將為氫氣利用開辟新的渠道。3.2.7

浮法玻璃氫氣在浮法玻璃生產(chǎn)中應(yīng)用于浮法玻璃成形設(shè)備(即錫槽)中，錫槽需密封并連續(xù)地送入純凈的氮、氫混合氣，維持錫槽內(nèi)微正壓與還原氣氛，保護錫液不被氧化。保護氣體中氮、氫氣量比為10:1，要求含氧量不高于(5～10)×10-6，露點-60℃以下。國內(nèi)玻璃行業(yè)氫氣消費均由現(xiàn)場供應(yīng)，還沒有外購氫氣。近年來我國玻璃產(chǎn)量飛速增長，已建成300多家大、中、小型平板玻璃企業(yè)，到2002年末，全國浮法玻璃生產(chǎn)線已近90條，總產(chǎn)量超過2億重量箱，位居世界第一。根據(jù)對建筑、交通、電子信息等相關(guān)行業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃分析，2002年全社會玻璃需求量為1.93～2.10億重量箱，2007年預(yù)計全社會玻璃需求量為2.8億重量箱左右。今后我國玻璃行業(yè)應(yīng)向規(guī)模化、集中化發(fā)展，預(yù)計將新建15~20條左右700~800噸/日大型浮法玻璃生產(chǎn)線。3.2.8

電子工業(yè)氫氣在電子工業(yè)中主要用于半導(dǎo)體、電真空材料、硅晶片、光導(dǎo)纖維生產(chǎn)等領(lǐng)域。在電子工業(yè)中，氫和氧作為熱處理氣氛氣和過程氣而廣泛使用。這些氣體的純度對產(chǎn)品的好壞影響很大，需要高純氫和氧。一般情況下，氫氣是通過一次純化食鹽電解或石油化工精制副產(chǎn)氣，然后高壓充入鋼瓶等而供給的。氧氣是在液化空氣狀態(tài)下，經(jīng)深冷分離后供給的，在用戶工廠經(jīng)汽化后使用。由于這些生產(chǎn)方法所生產(chǎn)的氫和氧氣中的氮、二氧化碳、一氧化碳、碳氫化合物等雜質(zhì)不能完全除掉，在半導(dǎo)體等工廠中，還設(shè)置幾十立方米/小時的終端純化裝置，進行2次終端純化后才能使用。近年來我國集成電路市場持續(xù)快速增長。去年，在全球芯片零增長的形勢下，我國集成電路產(chǎn)量為96.3億塊，同比增長51.4％；產(chǎn)值達到1470億元，比上年增長22.5％。中國集成電路市場已成為僅次于美、日的世界第三大市場。據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，目前國內(nèi)芯片企業(yè)達651家（不含集成電路設(shè)備材料企業(yè)），其中集成電路制造業(yè)49家。這些主流企業(yè)主要分布在“珠三角”、“長三角”、京津等地區(qū)。集成電路是信息產(chǎn)業(yè)的核心和國民經(jīng)濟信息化的基礎(chǔ)。鎢鉬等金屬廣泛應(yīng)用于電真空材料和合金制品中。在鎢和鉬的生產(chǎn)過程中，用氫氣還原氧化物得到粉末，再加工制成線材和帶材。氫氣純度越高，特別是水含量越低，還原溫度就越低，所得鎢、鉬粉末粒度就越細。我國鎢鉬生產(chǎn)企業(yè)較多，主要大型企業(yè)有陜西金堆城鉬業(yè)公司、江西贛南鎢鉬制品有限公司、株洲硬質(zhì)合金集團公司等。另外還有大量的合金制品生產(chǎn)企業(yè)，如江門恒杰粉末冶金公司、廣東信宜粉末冶金制品廠等。光導(dǎo)纖維石英光纖的制造主要包括玻璃體預(yù)制棒制備及拉絲兩道工序，在制棒工藝中采用氫氧焰加熱(1200～1500℃)，經(jīng)沉積，可獲得所需沉積層厚度，再經(jīng)燒灼，制成光纖預(yù)制棒。對氫氧焰氣體要求無固體粒子，否則棒上會有黑斑產(chǎn)生。預(yù)制棒直徑約為130mm，長度為900mm，它可拉制長為200km以上的玻璃光纖。目前我國己有大大小小300多個光纜生產(chǎn)企業(yè)，成為世界第三大光纖制造國，目前國內(nèi)光棒生產(chǎn)能力約150噸，2002年產(chǎn)量100噸，進口量180噸。預(yù)計2005年以后，國內(nèi)光棒生產(chǎn)能力還將大幅增長，據(jù)報道除現(xiàn)有企業(yè)擴大生產(chǎn)能力外，己有20多個準備申報光棒項目。綜上所述，電子工業(yè)用氫多為純氫或高純氫，用量小，一般企業(yè)用量從幾十立方米~幾百立方米/小時。3.2.9

商品H2由于氫氣在貯存和運輸?shù)确矫娴囊筝^為特殊，且多數(shù)商品氫氣用戶為用量較小，因此，國內(nèi)商品氫氣的供應(yīng)量很小，目前國內(nèi)主要商品氫氣的生產(chǎn)廠家如下：表6我國主要商品氫氣生產(chǎn)廠序號生產(chǎn)商序號生產(chǎn)商1