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5600万吨二氧化碳从煤制氢产生!宁夏是如何应对的?
www.tnghaikus.com2022-01-04 08:45:50国际能源网

“碳达峰”“碳中和”“新能源”无疑是2021年的年度热词。今年的中央经济工作会议就明确提出:“要正确认识和把握碳达峰碳中和。实现碳达峰碳中和是推动高质量发展的内在要求,要坚定不移推进,但不可能毕其功于一役。”同时也提出“要狠抓绿色低碳技术攻关。”

据了解,以煤化工业务见长的宁夏,煤制氢的消耗量每年高达240万吨。光是生产这些煤制氢,就需要消耗2880万吨标煤,并产生5600万吨的二氧化碳排放。如何实现绿色转型是摆在他们面前的一道难题!

千亿化工园区用上绿色氢能

从银川出发一路向东,跨过静静流淌的黄河,宁东能源化工基地就矗立在毛乌素沙地的边缘。这里是我国重要的大型煤炭生产基地、煤化工产业基地和“西电东送”火电基地。

半年前,这个传统能源化工基地出现了一个新家伙,就是氢能源卡车。

没有噪音和污染,开卡车20多年的王成武一下子就轻松了。

今年5月,宁夏首家,也是西北地区正式投运的第一个加氢站建成,每天可以为50辆氢燃料电池重卡车加注氢气。

王成武的氢能源车每两天就要到这里来加一次氢。

氢能源卡车和加氢站只是这个传统的能源化工基地变化的一个小小缩影。在过去很多年,由于坐拥丰富的煤炭资源,宁东基地是我国最大的煤制油、煤基烯烃生产基地。随着 “碳达峰碳中和”目标的提出,高能耗、高排放却成为悬在宁东基地头顶的一把剑。

宁东基地“依煤而建、因煤而兴”,是西北唯一产值过千亿元的化工园区,更是区域工业经济的稳定器和动力源。但宁东能源化工基地每年消耗煤炭9000多万吨,除了火力发电之外,有5000万吨用于煤化工,占比超过了50%。

作为煤化工的基础原料,煤制氢的消耗量每年高达240万吨。光是生产这些煤制氢,就需要消耗2880万吨标煤,并产生5600万吨的二氧化碳排放。

站在转型的十字路口,宁东基地急需找到一把破解能源资源环境瓶颈的“钥匙”。最终,他们把目光瞄准了氢能源。氢气,是现代煤化工的重要基础原料。

在宁东基地,大部分的氢气主要是通过碳与水反应得来的煤制氢,俗称灰氢。尽管成本低,但这样的方式,不可避免增加能耗、水耗和排放大量二氧化碳。

宝丰能源是宁东基地一家大型的煤化工企业,从2019年开始,刘飞就和各个部门抽调的工程师们一起,组成了技术攻关小组,研发以太阳能发“绿电”,电解水制“绿氢”“绿氧”,直供煤化工生产系统的总体技术方案。

过去,传统的碱水电解槽主要用于电厂以及多晶硅生产等,制氢规模大多为每小时200到300标准立方米,最大的也不超过500标方。但是刘飞他们的团队面临的情况是,第一期就要建造可以每小时生产10000标方氢气的厂房。

工程师们打造了全新的集散控制系统,针对各种仪表还专门设置了安全保护系统。

经过紧锣密鼓的安装、调试,今年4月,这套每小时可产氢气10000标方的电解水制氢厂房在宁东正式投产。

随后,这些由太阳能发电,电解水制出的绿氢和绿氧,成功耦合进了宝丰能源的煤化工生产系统,实现了稳定运行和规模化生产。

这个目前世界单厂规模最大的电解水制氢项目,每年可产2.4亿标方的绿氢,1.2亿标方的绿氧,直供煤化工,替代原来的煤制氢。

制、储、加、用,氢能的产业链完美闭环

目前,采用光伏发电来进行的电解水制绿氢,行业内大部分项目的成本为每标方1.7到2元之间,而煤制氢因为产业链更加成熟,成本仅为每标方0.6到0.7元。

生产利用绿氢无疑可以释放巨大的环保效益,但企业运行还需要算一笔经济账。在刘飞的电解水制氢车间,绿氢的成本可以控制到每标方0.7元,几乎与煤制氢的成本相当。这是怎么做到的?

除了技术工艺和流程优化,规模效益,是降低成本的法宝。刘飞说,早在2016年,宝丰能源就已经布局了太阳能光伏发电项目。

这种单晶硅组件,每一块将近2平米,每天能发电约1.8度。目前,这家企业总的光伏发电的建设规模已经达到了1百万千瓦。

不仅是宝丰能源的绿氢项目,在宁东基地,还有新的氢能源项目正在加速上马。去年年底京能宁东发电公司申报的氢能制储加一体化示范项目得到了批复。

在这个示范项目上,刘伟一直主导要采用质子交换膜(PEM)电解水制氢的技术路线。这个技术最早主要是用来为潜艇和宇航员提供新鲜充足的氧气。

现在,国外主要的气体龙头企业大部分采用的是这个技术,但是在国内,目前还没有成熟的项目。刘伟认为,质子交换膜(PEM)电解水制氢环保、占用场地小,是未来具有潜力的技术路线。

京能宁东发电公司总经理 刘伟

宝丰能源这样的煤化工企业,制造绿氢是为了改造煤化工生产流程不同。刘伟所在的发电企业,之所以要上马制氢项目,还要从电厂调峰的角度考虑。

制、储、加、用,在宁东基地氢能产业的发展规划上,从上游的绿色发电到中游的绿电制氢,再到下游的煤化工产业耦合应用,是一个完整的氢能的产业链闭环。

赵瑞是宁东能源化工基地氢能产业发展中心的负责人,他告诉记者,宁东基地年日照时间超过3000小时,太阳能有效发电时间可达1700小时,利用太阳能光伏电制备绿氢具有得天独厚的优势。

事实上,早在2019年,宁东就已经率先开始了氢能源的布局。根据宁东基地最新的发展规划,到2025年,绿氢的年产能将达到30万吨以上,每年可以降低煤炭消费360万吨,减排二氧化碳700万吨。

有了明确的发展规划,在宁东基地,申请绿氢生产项目正在成为一股新的风潮。眼下,他们其中一家企业正打算将生产过程中的副产品氢通过氢气液化项目进行对外销售,另一个企业正在想尽办法降低光伏电解水制氢项目的运行成本。

目前,宁东基地用绿氢部分替代煤制氢,理论可替代量达每年120万吨左右。围绕着绿氢,宁东基地正在煤化工耦合、绿氢制氨、精细化工用氢、氢储能、氢能交通等多个领域重点发力。一项项技术创新、一个个应用场景,都在见证记录着宁东基地从煤化工“领跑者”向氢能“领跑者”的蜕变。

【半小时观察】 绿色能源赋能高质量发展

年产400万吨煤制油、320万吨煤基烯烃、600万吨煤化工下游产品,这一串数字是宁夏宁东能源化工基地不俗的一张成绩单。在瞄准氢能这一全新的产业方向之后,光伏发电、绿电制氢、绿氢耦合煤制油、氢能源卡车多个氢能源项目,未来还会在西部的宁夏,开花结果。

今年的中央经济工作会议上明确提出:要立足以煤为主的基本国情,抓好煤炭清洁高效利用,增加新能源消纳能力,推动煤炭和新能源优化组合。我们希望有越来越多的地方,用科技创造新的经济实力,让绿色成为高质量发展最浓烈的底色。

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