山西探路焦?fàn)t煤氣制氫

曾經(jīng)被用來(lái)“點(diǎn)天燈”的焦?fàn)t煤氣，正被視為山西焦化業(yè)未來(lái)的增長(zhǎng)點(diǎn)。

山西是焦化大省。山西焦化總產(chǎn)能約有1.42億噸，已建成的焦?fàn)t產(chǎn)能達(dá)1.18億噸。2024年山西焦炭產(chǎn)量9211.6萬(wàn)噸，占全國(guó)18.8%，位居全國(guó)第一。這些焦炭絕大部分作為原料，供應(yīng)給山西省內(nèi)及周邊省份的鋼鐵廠。

但國(guó)內(nèi)鋼鐵產(chǎn)量已趨于穩(wěn)定。2021年全國(guó)粗鋼產(chǎn)量約10.3億噸，2024年產(chǎn)量約10.05億噸。鋼廠利潤(rùn)持續(xù)走低，2021年熱卷年均生產(chǎn)利潤(rùn)約800元/噸，2024年已不足100元/噸。

受鋼鐵行業(yè)下行影響，山西焦化行業(yè)增長(zhǎng)承壓。2024年，山西焦化行業(yè)工業(yè)增加值增速全年累計(jì)下降0.4%，全行業(yè)實(shí)現(xiàn)營(yíng)收2356億元，同比下降12.1%，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)-69.3億元，同比增虧30.9億元。

在此背景下，山西焦化企業(yè)將目光投向煉焦過(guò)程中的各類(lèi)副產(chǎn)品——如煤焦油、焦?fàn)t煤氣甚至余熱，試圖通過(guò)延伸煤化工產(chǎn)業(yè)鏈尋求突破。

苗茂謙是太原理工大學(xué)教授、原太原理工大學(xué)煤化工研究所副所長(zhǎng)，同時(shí)擔(dān)任山西省化工協(xié)會(huì)、焦化協(xié)會(huì)專(zhuān)家委員會(huì)副主任，長(zhǎng)期從事煤化工、煤焦化、氣體凈化等污染物及固廢資源化的研究。他向經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)表示：“最開(kāi)始，焦化企業(yè)只回收煉焦過(guò)程中的化學(xué)品，比如粗苯、煤焦油，之后通過(guò)焦?fàn)t煤氣發(fā)電，現(xiàn)在則逐步通過(guò)焦?fàn)t煤氣制氫，將其用作燃料或合成化學(xué)品”。

焦?fàn)t煤氣的價(jià)值

焦?fàn)t煤氣的主要價(jià)值在于其氫含量較高——煉焦行業(yè)的焦?fàn)t煤氣中，氫含量能達(dá)到60%，其余分別是23%的甲烷、8%的一氧化碳、3%的二氧化碳、3%的氮?dú)獾取?/p>

據(jù)苗茂謙測(cè)算，山西省每年可產(chǎn)生超過(guò)400億Nm（標(biāo)準(zhǔn)立方米）焦?fàn)t煤氣，其中約45%用于回爐加熱，剩余55%用來(lái)提氫，總開(kāi)發(fā)潛力達(dá)130億Nm/年以上。

此外，焦?fàn)t煤氣制氫成本低，約為10元—12元/千克，而山西省本地綠氫成本大約為20元/千克，若涵蓋管道運(yùn)輸，用氫端成本約為18元/千克。焦?fàn)t煤氣制氫過(guò)程中的碳排放也比煤、電制氫等低。未來(lái)，隨著本地儲(chǔ)氫及長(zhǎng)距離運(yùn)氫方案成熟，綠氫有望與副產(chǎn)氫互補(bǔ)協(xié)同，并逐步發(fā)展為主要?dú)湓础?/p>

制氫領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，促使山西焦化企業(yè)逐步加強(qiáng)對(duì)焦?fàn)t煤氣的利用。目前，山西本地有20多家鋼鐵企業(yè)，其中6家擁有自備焦化廠，絕大部分企業(yè)將煉焦過(guò)程中產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣作為熱源燃燒，但企業(yè)對(duì)副產(chǎn)氫的關(guān)注度正持續(xù)提升。

落基山研究所重工業(yè)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目主管薛雨軍向記者表示，山西省的焦化企業(yè)具有豐富的焦?fàn)t煤氣資源，更傾向優(yōu)先利用其中的副產(chǎn)氫，在投資需求和項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)可控的前提下，擴(kuò)展氫能的高質(zhì)量應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，積極提升綠電綠氫的技術(shù)積累和試點(diǎn)實(shí)踐，穩(wěn)步擴(kuò)大綠氫供給。

苗茂謙提供的數(shù)據(jù)顯示，一個(gè)建設(shè)規(guī)模為14000Nm3/h（標(biāo)準(zhǔn)立方米/每小時(shí)）的焦?fàn)t煤氣制氫項(xiàng)目，總投資約5億元，預(yù)計(jì)年?duì)I收約3億元，利潤(rùn)總額約1億元。“氫的利用方式很多，一種是用于燃燒，另一種是作為化工原料，可制甲醇、合成天然氣、氨、碳酸二甲酯，煉油、制苯等過(guò)程也要加氫。”苗茂謙說(shuō)。

比如，太原市清徐縣焦化產(chǎn)業(yè)以1100萬(wàn)噸焦化為基礎(chǔ)，對(duì)副產(chǎn)品進(jìn)行集中精深加工，實(shí)現(xiàn)了“煤焦化工—基礎(chǔ)化工—精細(xì)化工—碳素材料”上下游全產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)延伸；美錦能源和梗陽(yáng)化工的焦?fàn)t煤氣除自用外，還輸送至美錦工業(yè)高純氫、液化天然氣裝置，亞鑫的焦?fàn)t煤氣則送至甲醇聯(lián)產(chǎn)合成氨裝置；焦化項(xiàng)目生產(chǎn)的粗苯，會(huì)被輸送至潞安太化新材料園區(qū)。

近幾年興起的氫能重卡，為焦?fàn)t煤氣制氫提供了新的應(yīng)用場(chǎng)景。目前，山西已有多家企業(yè)在氫能重卡領(lǐng)域積極布局，如鵬飛集團(tuán)、美錦能源和晉南鋼鐵等。其中，鵬飛集團(tuán)從2019年開(kāi)始布局氫能行業(yè)，2022年投產(chǎn)一期2萬(wàn)噸/年焦?fàn)t煤氣制高純氫項(xiàng)目，目前已有數(shù)百臺(tái)氫能卡車(chē)投運(yùn)；美錦能源則入主了氫能卡車(chē)企業(yè)飛馳科技，2022年曾募資約35億元投入氫能項(xiàng)目。

目前，山西省運(yùn)營(yíng)的氫能重卡總計(jì)約1000輛，其中美錦能源約350輛，晉南鋼鐵約500輛、鵬飛集團(tuán)約300輛、潞寶集團(tuán)約10輛。

但苗茂謙也表示，這些氫能卡車(chē)主要依托企業(yè)自身氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和既有產(chǎn)業(yè)運(yùn)輸需求，以政府主導(dǎo)的公共交通、環(huán)衛(wèi)、社會(huì)物流、冷鏈等專(zhuān)用車(chē)輛應(yīng)用較少。

一家頭部氫能企業(yè)表示，氫能車(chē)輛造價(jià)過(guò)高是推廣難點(diǎn)，氫能重卡售價(jià)在百萬(wàn)元以上，而燃油重卡和燃?xì)庵乜ㄖ恍枰?0萬(wàn)元/輛—40萬(wàn)元/輛。如果城市不位于國(guó)家燃料電池示范城市群，用戶(hù)購(gòu)車(chē)無(wú)法享受?chē)?guó)補(bǔ)和省補(bǔ)，推廣難度會(huì)很大。

國(guó)家燃料電池示范城市群共5個(gè)，分別是京津冀城市群、上海城市群、廣東城市群、河北城市群和鄭州城市群；今年三月，財(cái)政部、國(guó)家發(fā)展改革委、工信部、科技部、能源局等部委批準(zhǔn)，新增新疆哈密市、河南濮陽(yáng)市、山西呂梁市、河南濟(jì)源市、河北滄州市、遼寧大連市6個(gè)城市，分別加入這5個(gè)示范城市群。

副業(yè)轉(zhuǎn)主業(yè)

一家山西大型焦化企業(yè)人士向記者表示，其公司6.78米高的搗固焦?fàn)t已建成，投產(chǎn)后增產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣部分，擬投向氫能物流領(lǐng)域。

經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)采訪過(guò)程中，多家鋼鐵企業(yè)、焦化企業(yè)均認(rèn)為，氫冶金是鋼鐵行業(yè)的未來(lái)，未來(lái)焦炭使用量勢(shì)必減少，但焦?fàn)t煤氣中含有的氫氣，反而可能成為鋼鐵企業(yè)的新需求點(diǎn)。

上述大型焦化企業(yè)人士向記者表示，未來(lái)焦化應(yīng)“輕焦重氣”，從聚焦焦炭產(chǎn)品轉(zhuǎn)向重視焦?fàn)t煤氣，同時(shí)加強(qiáng)煤氣向氫能轉(zhuǎn)移。“焦?fàn)t使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年，現(xiàn)在市場(chǎng)發(fā)展太快，必須提前布局產(chǎn)業(yè)鏈。一旦氫冶金技術(shù)成熟了，全面推廣會(huì)很快。”他說(shuō)。

為實(shí)現(xiàn)降碳目標(biāo)，鋼鐵企業(yè)正逐步將原料從碳排放較高的焦炭，轉(zhuǎn)向碳排放更低的電和氫。數(shù)據(jù)顯示，每減少1噸使用焦炭生產(chǎn)的鋼鐵，約可減少0.7噸焦炭，同時(shí)減少超過(guò)200Nm的焦?fàn)t煤氣。目前，已有企業(yè)在試驗(yàn)多種技術(shù)路線，如電爐煉鋼、電解鐵礦石、氫直接還原等。

雖然短期內(nèi)，電爐短流程煉鋼的推廣速度較快，但展望至2030年，氫將在鋼鐵行業(yè)的脫碳中發(fā)揮重要作用。2022年7月，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展改革委和生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案的通知》，提出到2030年，富氫碳循環(huán)高爐冶煉、氫基豎爐直接還原鐵、碳捕集利用封存等技術(shù)取得突破性應(yīng)用。

薛雨軍向記者表示，目前氫冶金成本依然較高，僅當(dāng)氫價(jià)低于10元/千克時(shí)，才能與高爐煉鋼長(zhǎng)流程競(jìng)爭(zhēng)。現(xiàn)階段，焦?fàn)t煤氣副產(chǎn)氫的碳排放雖相對(duì)較高，但在經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性上優(yōu)于綠氫，可作為山西省發(fā)展氫冶金的過(guò)渡性氫源。

但在苗茂謙看來(lái)，焦化產(chǎn)業(yè)需要“固焦強(qiáng)化”——沒(méi)有焦，就沒(méi)有后續(xù)的化工延伸。“‘固焦強(qiáng)化’要做好回爐焦?fàn)t煤氣替代，實(shí)現(xiàn)富氫富甲烷氣體的高質(zhì)化利用；在保證焦炭質(zhì)量基礎(chǔ)上，優(yōu)化配煤揮發(fā)和優(yōu)化工藝操作等，提高焦?fàn)t氣產(chǎn)量及焦油、苯收率，為下游產(chǎn)業(yè)鏈延伸提供原料保障。”

（作者 潘俊田）

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潘俊田

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