绿氢耦合现代煤化工发展路径分析

绿氢耦合现代煤化工发展路径分析

张博

中天合创化工分公司     内蒙古鄂尔多斯市     017300

摘要：传统煤制甲醇工艺存在CO2排放强度大、能耗高等问题，煤化工的特点是煤里面碳多氢少、下游产品氢多碳少，在“碳达峰、碳中和”的背景下，绿氢耦合现代煤化工具有重要意义。绿氢耦合煤化工，是指利用绿电电解制氢替代传统煤化工的变换制氢，大幅提高煤炭利用过程的能效和碳效，从而实现节约能源、降低CO2排放的目的。文章从绿氢耦合现代煤化工概述、绿氢耦合现代煤化工发展路径进行研究与分析，为煤炭化工行业的转型升级提供了发展思路。

关键词：绿氢耦合；现代煤化工；发展路径

引言

现阶段煤化工行业的发展，有利于实现煤炭清洁能源的高效利用，降低我国对进口石油所产生的依赖性，提升国际市场竞争力。煤化工企业为了能够在国际市场竞争中占据相对稳定的地位，就需要进一步加强对其自身发展路径的研究，符合“碳达峰、碳中和”的行业要求。加强对绿氢耦合工作的分析，也能够为市场竞争能力的提升提供良好帮助，更是为煤化工企业自身经济效益的全面实现提供了更为有力的指导引领。

一、绿氢耦合现代煤化工概述

现代煤化工作为现阶段社会发展中一种全新的低碳经济发展形态，主要就是利用太阳能、风能等绿色能源，通过电解水制氢、储氢等相关技术手段制得并使用绿氢，替代传统灰氢，实现煤炭资源的合理高效利用。在技术迭代的过程中，绿色能源的精准、全面使用，可以为现代煤化工的绿色发展提供保障。总而言之，绿氢耦合现代煤化工如果想要朝着更加良好的方向发展，就应该在对各种新型能源的使用过程中，进行技术升级与创新。

绿氢耦合的技术路线，目前所面临的的挑战就是气象资源以及数据库信息的整合，通过对周边的电力平衡、电氢转换、氢气储存的把控，为之后绿氢耦合的技术的路线发展提供有效的技术引导。而且，甲醇合成装置负责控制回路的优化，主要也是根据碳氢比进行调节的，引入绿氢，优化合成技术途径，也为煤化工高质量发展提供了技术保障。

二、绿氢耦合现代煤化工发展路径的研究与分析

（一）符合能源低碳的发展趋势

我国风光等可再生能源资源潜力巨大，截止2021年底，我国在光伏发电、风力发电领域已经累积约6.34亿千瓦，发电量更是达到了9785亿千瓦时。石化企业油气田矿区很多位于沙漠、戈壁、荒漠地区，与我国优质风光资源高度重合，具有获取风光资源优势。相关部门也应该进一步地加强对各种自然资源的利用，以此达到最终能源低碳发展的基本需求。这也为之后绿氢耦合现代煤化工发展工作，提供了稳定、安全的原料供给，更为煤化工企业综合市场竞争能力的提升，奠定了完善的基础条件[1]。我国在煤化工企业的实际发展进程当中，为保证绿氢耦合工作的全面且有效推进，也应该不断地加强对低碳经济的精准、合理规划。

（二）绿氢耦合现代煤化工的控制

在传统煤制甲醇工艺流程中，原煤在研磨机中磨碎，并在煤浆槽中调配成合适浓度的水煤浆，送入气化炉中，在气化炉中生成粗合成气。为了获得理想的氢碳合成比，也应该进一步地在水煤气变换反应过程当中，将一氧化碳和水转化成氢气和二氧化碳，进而保证最终合成气的有效性。通过引入绿氢，降低甚至取消变换反应，增加粗合成气中的有效组分H2和CO含量，降低CO2排放。

现阶段我国在各个领域的综合素质能力都得到了很大提升，如果想要顺应现代社会的多样化发展趋势，也应该不断地加强对各个环节的合理性控制，进而才能够减少各种不合理因素。如果将绿氢作为现代煤化工发展过程当中，比较重要的补充材料，那么在之后的耦合过程中，煤化工的用煤、控制、排放情况也会发生根本性的改变。绿氢的加入，可以视为现代煤化工发展进程当中比较重要的一步，在很大的层面上也能够为大型化学技术手段的解决与控制，奠定更加良好的基础与前提条件。

（三）绿电绿氢发展路径

目前，我国绿绿氢工业还处于示范阶段，国内具有代表性的绿氢炼化项目，也是分为几个比较重大的项目。兰州新区液态阳光燃料合成示范项目、大安吉电绿氢能源有限公司风光制绿氢合成氨一体化示范项目、中国石化新疆库车绿氢示范项目、中国石化鄂尔多斯市乌审旗风光融合绿氢化工示范项目、宁夏宝丰能源光伏制氢项目等。都可以很好地在绿氢制备的工作环境中，通过对碱水电解制氢技术的运用，实现工艺成熟，制氢成本低，单槽产氢量高，适合规模化应用等特点。

“灰氢”是以煤炭或甲烷作为原料，通过煤气化生成的氢气；“蓝氢”的生产过程与“灰氢”相类似，但加入了碳捕捉技术；“蓝绿氢”是甲烷裂解生成的 氢气；“绿氢”则是使用可再生能源发电，通过电解水制取的氢气。使用“绿氢”代替煤制氢，制取甲醇，再生产下游煤化工产品，可实现 90%以上碳减排。目前，无论是单个大型风光发电的技术，还是单个大型电解水制氢、储氢、输氢技术都已经成熟，技术难点在于经济可行地解决可再生电力不稳定性与用户平稳用氢需求的矛盾。

绿氢耦合现代煤化工发展的有效推进，需要加强对其工作稳定性与可靠性的管理。绿氢装置的供氢曲线，主要受到光照、风力等诸多外界因素影响，现阶段绿氢供应是不连续性的，这与煤化工的长周期稳定运行是相悖的。控制绿氢在合理的波动范围内，并通过安全可靠的储氢装置补齐夜晚无法制氢的短板，就能够为之后绿氢耦合现代煤化工的长久与稳定发展，提供良好的发展契机。现代煤化工企业为更好地提升自身的综合素质能力，也需要不断地增强对氢气的利用，提升煤炭的有效利用率，提升下游产品产能，降低传统能源消耗，减少CO

2排放。随着绿色能源的逐步替代，我国的生态环境保护以及绿色发展理念也将会得到进一步地落实与贯彻。

当前电解水制氢的成本中电费成本占比较高，制氢成本约为20元/kg，是传统煤制氢成本的2倍以上，就离你而也就为未来绿氢成本的有效节约，提供恶劣更加良好的发展空间。

（四）现代煤化工的发展

目前国内多家企业在研究绿电专线制绿氢技术、绿电增量配网售电主供制绿氢等新型电网技术、电和氢储能技术、生产智能化控制等多种组合技术的相关工作步骤当中，预计不久就能达到工业推广要求。“绿氢”耦合煤化工将成为“碳达峰、碳中和”背景下现代煤化工进一步发展的新路径。

绿电绿氢的发展，可以提升煤化工装置的生产能力，从物料平衡的角度上进行分析，在实际的原料煤使用过程中，只有37%的碳可以进入到下游产品中，很大一部分的碳元素以CO2形式排放大气。如果仅考虑绿氢取代煤化工中变换工序制氢，原料煤中碳进入甲醇产品能从目前37%提高到70%，如果再考虑二氧化碳转化成甲醇，原料煤中碳几乎能全部转化到甲醇产品中，煤化工耦合绿氢绿电后有可能成为零碳行业。为了能够进一步地将绿氢的使用价值以及优势展现出来，现代煤化工的发展应该加强气化、净化、合成等工艺控制与优化，确保煤炭资源可以转化成为有效气，降低煤耗以及碳排放。长期在现代化技术手段的帮助下，也必然能够进一步提升用能效率，降低煤化工过程的间接碳排放[2]。

三、结论

在上述的论述与分析当中，绿氢耦合现代煤化工符合产业发展趋势，符合生态环保要求，既可实现煤炭资源的高效利用，又可实现CO2的深度减排。但是绿色低碳发展离不开绿氢绿电技术的进一步完善与成本的进一步压缩，也需要煤化工企业不断优化工艺流程、开发新的工艺路线，在节能减排的基础上实现直接利用CO2合成化工产品。

参考文献：

[1]季东,王健,王可,李婧玮,孟文亮,杨勇,李贵贤,王东亮,周怀荣. 不同CO_2捕集技术的CO_2耦合绿氢制甲醇工艺研究[J]. 化工学报,2022,73(10):4565-4575.

[2]王强,徐向阳. “双碳”背景下现代煤化工发展路径研究[J]. 现代化工,2021,41(11):1-3+8.

[3]阳国军,刘会友. 现代煤化工与绿电和绿氢耦合发展现状及展望[J]. 石油学报（石油加工）,2022,38(4):995-1000.