氢能的能量密度高而且无污染，是一种理想的清洁能源。发展氢能经济，能够减少温室气体和细颗粒物的排放，并实现能源供应多元化。

鞍山市作为全国重要的工业城市，氢能产业发展条件得天独厚，充分利用氢能，必将有力支撑辽宁氢能产业的发展，助力东北老工业基地的振兴。本文对氢能的定义、来源、特性及氢能产业链等基本概念、性质进行阐述，重点从化工产业的视角对氢能综合应用的发展与趋势进行论述，结合我市氢能的化工产业发展基础现状和发展态势，适当对我市在氢能的化工产业应用提出建议和参考。

一、氢能及氢能产业链概述

（一）氢能概述

1.氢能的定义及产生。氢能通常是指氢在物理与化学变化过程中释放的能量。氢能是一种二次能源，是通过一定的方法利用其他能源制取的，可以从化石原料中直接获取，也可以由水电解制得。

2.氢能的主要化工特点。氢能是公认的清洁能源，是重要的低碳和零碳能源。氢位于元素周期表之首，原子序数为1。作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点：①普遍元素，重量最轻，多种形态。据估计，氢构成了宇宙质量的75%，除气体氢气外，主要以化合物地形态贮存于水中。可以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。②理想的发热值，导热性、燃烧性能好。除核原料外，氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，比大多数气体的导热系数高出10倍，具有点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，燃点高，燃烧速度快的特点。③利用形式多，利用率高。气体通过燃烧产生热能，在热机中产生机械能，又可作为能源材料用于燃料电池，或转化成固态氢用作结构材料。氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高。④无毒，减少温室效应，废物可回收利用。氢燃烧最清洁除生成水和少量氮化氢（适当处理不污染环境）外，不产生一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化合物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物。产物水无腐蚀性，可以再次分解氢，回收利用。

（二）氢能的产业链概述

氢能产业链分为上游制氢、中游储运氢和下游氢应用三大环节。

上游制氢基本有5种方式：天然气制氢、生物制氢、甲醇制氢、富氢气体制氢、水电解制氢。

中游储运氢基本有4种方式：氢气管车、液态储氢、氢气瓶组、 氢气储罐。

下游氢应用基本是2种方式：传统：工业用氢（制药、炼油等）、新兴：燃料电池 （电源、军用等）。

二、国内外现状及趋势

（一）国际氢能发展概况

20世纪70年代，中东第三次战争导致世界范围内的能源危机后，美国通用汽车公司提出了氢经济概念，主要为描绘未来氢气取代石油成为支撑全球经济的主要能源后，整个氢能源生产、配送、贮存及使用的市场运作体系。

随着全球能源消费向低碳化转型的进程加快，氢能逐步成为国内外能源及相关行业关注的焦点。能源转型背景下，发展氢能已经成为发达经济体的共识，日本、美国、欧盟和韩国等世界主要发达经济体均已将发展氢能产业作为国家能源战略。氢能产业现阶段是典型的政策推动型产业，产业链不具备经济性，需要依靠各国政府大规模补贴才能发展。

日本为推进氢能产业发展，日本政府制定相应支持政

策，对加氢站建设、家庭用燃料电池系统、燃料电池以及购买燃料电池车的消费者进行持续补贴。初步形成了相对完整的氢能产业链体系。

美国发展氢能较早，氢气的生产、储运、下游应用以及基础设施方面，均布局完善。北美分布的68座加氢站仅一座位于加拿大，其余全部分布在美国。

在欧盟国家中，德国非常重视氢能产业发展。截至2017年底，德国共有56座加氢站；德国热电联产系统应用较为广泛，拥有2000套微型热电联产系统。

经过40年的发展，氢能利用方面取得了一定成就，氢燃料电池汽车等已经开发并运用，但氢能产业整体上仍处于“示范”阶段，各种氢能公共基础设施建设仍不健全，氢能未进行大规模运用，与氢经济描绘场景相去甚远。

（二）我国氢能发展现状及趋势

1.发展现状。2019年，氢能首次写进了国务院《政府工作报告》，要求“推动充电、加氢等设施建设”。在政策的引领下，多地规划氢能产业发展提速。据中国氢能联盟数据统计，2012-2018年，我国氢能产量呈逐年递增趋势，其中，2018年中国氢气产量约为2100万吨，占全球总产量的比例超过30%，凸显我国产氢大国地位，为我国开发利用新能源、加快迈进氢能经济时代创造了有利条件。根据中国氢能联盟预测，到2035年，中国氢能供给量将达到4000万吨，在终端能源体系中占比5.9%。2019年4月，生态环境部等5部委联合发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，意在进一步降低钢铁行业各生产环节的污染物排放。钢铁企业尤其是特大型钢铁企业为了适应国内国际形势，也开始积极参与氢能利用项目。

经过十余年的长足发展，我国氢气年产量已逾千万吨规模，位居世界第一大产氢大国；同时，我国金属储氢材料产销量已超过日本，成为世界最大储氢材料产销国。氢气产量和储氢材料产销量两项世界第一，为我国开发利用新能源、加快迈入氢能经济时代创造了有力条件。

2.发展趋势。氢能应用市场潜力大，在能源、交通、工业等领域具有广阔的前景。作为能源体系的重要组成部分与未来发展方向，氢能已经纳入我国能源发展战略，成为优化能源消费结构，保证能源供应安全的战略选择。在此背景下，相关政策相继发布，推动充电、加氢等设施建设。目前，江苏、浙江、广东等地发布了较完整的政策支持体系，山东、山西、辽宁等地也在加快推进。

三、化工产业中氢能综合应用的发展与趋势

（一）制氢产业发展与趋势

氢气用户主要从气体公司采购氢气。制氢工艺不同，氢气的纯度和成本有差异，广泛应用生产工艺有以下5种：

1.天然气蒸汽转化制氢。上世纪70 年代在合成氨的造原料气阶段应用。以天然气为原料, 用水蒸气转化制取富氢混合气,应用在合成氨生产领域成熟的一段炉造气工艺。

2.甲醇蒸汽转化制氢。1995年，以齐鲁石化研究院开发出甲醇分解和一氧化碳变换功能的双功能催化剂为标志，推广迅速。目前国内已有约30 套装置投入运行。

3.水电解制氢。上世纪50年代研制成功第一代水电解槽,水电解的工业生产装置是电解槽，可以生产99.99999%的氢气。该工艺的核心技术是质子交换膜技术，关键材料是铂金。

4.PSA法焦炉煤气制氢。鞍钢焦炉煤气制氢采用PSA工艺。PSA是变压吸附简称，在焦化企业应用广泛，从多组分的焦炉煤气中分离出其中的氢气,并使其质量达到生产要求。

5.生物制氢。生物制氢包括生物质通过热化学转化制氢和生物质微生物转化制氢。生物制氢目前受技术所限发展缓慢，但因其原料广、低成本、高效益的优点，相信会成为未来的氢气生产中的一个重要研究方向。

（二）氢气的储存和运输

氢具有易燃易爆的特点，高压下容易使材料发生氢脆，导致氢气储存、运输存在问题。良好的氢气运输网络是氢能产业发展的必要基础条件。

1.氢气储气罐运输。当前主要的氢气运输主要通过储气罐汽车输送为主。国内氢气的储存仍是以压缩罐储存为主，氢能汽车采用的是35MPa或70MPa的高压气储气罐。

2.氢气管道化运输。欧洲NaturalHy项目、荷兰的VG2项目、德国的DVGW项目以及美国能源部实施的氢能管道研究发展工程等均研究了掺氢天然气管道输送的安全问题。据了解已有管道达到掺氢20%左右，仍能保证安全性。利用现有的天然气管道进行改造升级，使其能够输送氢气，是氢能快速推广的一种捷径。但是由于天然气目前储量还是比较丰富，现阶段只需要支付开采成本，氢气没有价格优势，氢气使用普及存在一定阻力。

3.氢气液化储氢。液化氢气密度为常温下的845倍，氢气液化储存需要达到超低温-253℃，但氢气液化成本高，能量损失大，也仅在一些特殊领域有所运用，如航天领域。当前也在研究运用合金储存，或者芳烃类有机物进行储存，但目前情况来看储存的氢气质量分数都在10%以下，还需要配套催化加氢脱氢设备，现在情况相对于储气罐储存仍没有优势。

4.其他方式储氢。氢气输送与运用的理想状态是如电能一样，达到发电量与负荷的平衡状态，尽量减少储存环节。预期未来氢能产业发展到一定程度，使氢气生产与消费达到基本平衡，实现氢气零储存的理想的状况。未来技术突破，化学储氢将成为主流。

（三）氢能的化工领域应用

现阶段氢气主要用于化工领域，少部分用于交通运输。化工领域包括合成氨生产，石油催化剂提高油品，医药合成中的催化氢化等。交通运输方面主要运用于氢能汽车，但全球范围内比重较小。氢气的应用领域很广，其中用量最大的是作为一种重要的石油化工原料，用于生产合成氨、甲醇以及石油炼制过程的加氢反应。此外，在电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细化工合成、航空航天工业等领域也有应用。我国氢气主要是作为化工合成的中间产品和原料。

1.合成氨工业的氢能应用。我国工业制氢50%-60%用在了合成氨工业，理论上生产1吨合成氨需要1976标准立方米的氢气。

2.石油化工氢能利用。石油催化加氢是指石油馏分（包括渣油）在氢气存在下催化加工过程的通称。中国加氢装置年加工能力已超过5000万吨，占原油总蒸馏能力的18.6%，但仍低于世界平均水平50.1%，从而制约了中国产品模式和产品质量的提高。 加氢过程按照生产目的的不同可分为：

（1）加氢精制。石油的加氢精制，目的是除去油品中的硫、氮、氧等杂原子及金属杂质，并对部分芳烃或烯烃加氢饱和，改善油品的使用性能。

（2）加氢裂化。加氢裂化包括烷烃加氢裂化反应制烯烃、烷烃加氢异构化使分子结构重整、烯烃加氢生成饱和烷烃和进行重整异构化、芳香烃加氢。

（3）渣油加氢炼化。渣油加氢处理技术指较重的原料油在较苛刻条件下，发生一定转化反应的加氢工艺过程。中国石油化工股份有限公司，所属抚顺石油化工研究院，从80年代中期开始，进行此项技术的探索，经过十几年努力，终于开发出我国自己的新型渣油加氢处理技术。

（4）润滑油加氢。使润滑油的组分发生加氢精制和加氢裂化等反应，使一些非理想组分结构发生变化，以脱除杂原子和改善润滑油的使用性能。

3.煤化工氢能利用。焦炉副产焦油的汽、柴油馏份含有大量的烯烃、多环芳烃等不饱和烃以及硫、氮化合物，酸度高、胶质含量高。

（1）焦油加氢。采用加氢改质工艺，可完成脱硫、不饱和烃饱和、脱氮反应、芳烃饱和，达到改善其安定性、降低硫含量和降低芳烃含量的目的，获得优质石脑油和燃料油。

（2）苯及苯的同系物加氢。粗苯是由多种芳烃和其他化合物组成的复杂混合物，无法直接利用，粗苯中主要组分是苯（55%-75%），甲苯（11%-22%），二甲苯（2.5%-6%），三甲苯和乙基甲苯（1%-2%），苯同系物总量约80%-95%。粗苯精制主要是提取粗苯中的苯、甲苯、二甲苯等产品。

表1 煤化工领域氢能应用主要业绩表

4.精细化工氢能应用。我国20 世纪50 年代开始对催化加氢技术进行研究，1978 年成功开发了硝基苯气相催化加氢制成苯胺技术。催化加氢技术在精细化工生产中具有连续性操作、污染小、环境友好等优点，但是氢源的要求高、催化剂比较复杂甚至比较昂贵。主要应用如下：制备对氨基酚、邻氯苯胺、邻苯二胺、环丁烯砜催化加氢、脂肪叔胺。

5.其他工业化工方法氢能应用

（1）冶金工业氢能应用。在冶金工业中，氢气主要用作还原气，以便将金属氧化物还原成金属。氢气除了用于还原若干种金属氧化物以制取纯金属外，在高温锻压一些金属器材时，氢气作为保护气以使金属不被氧化。用氢气和氧气可进行焊接或金属、非金属的熔化，原子氢可用于最难熔的金属、高碳钢、耐腐蚀材料、有色金属等的熔融和焊接。

（2）电子工业氢能应用。在晶体的生长与衬底的制备、氧化工艺、外延工艺中以及化学气相淀积（CVD）技术中，均要用到氢气。半导体工业对气体纯度要求极高。纯氢和高纯氢是电子工业用氢的普遍标准。

（3）医药合成氢能应用。催化氢化包括氢化和氢解。现代药品的生产合成中大多需要进行催化加氢。用于麻醉的药品“普鲁卡因”是由对硝基甲苯做为起始原料合成的，其中重要的一步就是硝基氢化还原反应转为胺基；解热镇痛药氨基比林、非那西汀（对乙酰氨基苯乙醚）、扑热息痛中间体（对氨基苯酚）、咖啡因、阿托品的合成；其它医药合成工艺需要氢化催化的工艺流程还较多。

（4）食品加工工业氢能应用。许多天然食用油具有很大程度的不饱和性，经氢化处理后，所得产品可稳定贮存，并能抵抗细菌的生长，提高油的粘度。食用油加氢的产品可加工成人造奶油和食用蛋白质等。非食用油加氢可得到生产肥皂和畜牧业饲料的原料。

四、鞍山市化工领域氢能产业的现状与发展趋势

（一）我省氢能发展现状

辽宁省正在积极发展氢能产业，从不完全统计看，我省氢能应用出现积极态势，起步状态良好。

表2 我省典型氢能应用企业统计表（2018年数据）

（二）鞍山市现状

鞍钢化学科技有限公司作为鞍钢股份全资公司，是鞍山氢源产生和应用的龙头。该公司苯加氢作业区位于鞍钢厂区西北部，占地面积4.5万平方米， 2009年8月投产运行。其项目是采用德国伍德公司专利加氢技术，低温低压加氢萃取工艺法，是国内焦化企业单套生产能力最大，具有易燃易爆特性的石化类工艺项目，属重大危险源、省甲级要害部位。苯加氢工艺有6个生产单元及其它辅助设施组成，主要主要生产高纯苯、甲苯、二甲苯、重苯残油、非芳烃及C9馏分。广泛用作制造合成纤维、合成橡胶、炸药、塑料、医药和染料、油漆等产品的原料，也可用作树脂工业以及作为溶剂用于涂料、农药和橡胶加工工业等。

同时我市拥有70万吨煤焦油资源。鞍钢处理能力60万吨煤焦油集中加工（一期30万吨煤焦油集中加工2011年竣工，二期正在调试达产）工程主要原料来源于鞍钢本部31万吨/年；鞍钢营口鲅鱼圈工程25万吨；鞍钢朝阳一期工程4万吨；附企10万吨。集中加工产品品种将达到40多个。

鞍山国锐化工有限公司在达道湾工业生产园区，公司打造完整的尼龙66产业链。尼龙66盐装置是从法国引进的，该厂自建甲醇加氢炉。

（三）鞍山市化工领域氢能产业发展现状

1.鞍山市化工领域氢能产业起步稳健，趋势向好。在鞍山的企业中，鞍钢苯加氢项目和鞍山国瑞化工的尼龙66盐的加氢项目进行自己集中生产，其他企业用氢委托到外地的中小企业进行加工。达到湾地理位置，毗邻鞍钢，是焦油加工的聚集地，在这里建设加氢集中区是方便生产、运输，并园区配套完善的一个可行性方案。鞍山七彩化学股份有限公司也是目前鞍山精细化工的规上企业，若鞍钢氢气产能扩产，其产品基于氢来源保证，可进行加氢生产。基于以上这些资源、产品地理等因素，鞍山地区要建成加氢精制集中区，争取在未来5年内实现100亿的经济效益，为鞍山地区工业经济发展贡献力量。

2.鞍山市化工领域氢能产业发展需要解决的潜在制约问题。一是经济性问题。化石能源仍在相当一段时间内有竞争力，毕竟基本上支付开采成本就好，而氢气在地球自然界没有大规模存在，需要经过加工提取，相对来说成本较高。同时在氢气运输上，氢气管道材料要求较高，氢气管线成本是普通燃气管道的2-3倍。加之下游氢能推广仍处于起步阶段，市场不够广阔，仍不够经济。如果目前没有环保方面的压力，化石燃料还是在经济上有优势。二是基础设施不完善。此项不仅仅体现在鞍山，截止2018年底，全球共有369座加氢站。其中欧洲152座，亚洲136座，北美78座。中国目前12座，在建24座。没有形成较大的氢气传输管道。这极大的限制了氢燃料电池汽车等终端使用。现在国内燃气管道基本上是天然气管道，以前含有氢气的煤气管道基本上进行了改造。三是技术成熟度不够， 存在安全风险。由于氢气自身性质，易燃易爆、易泄露等原因，使氢能基础设施成本加大，民众的接受认可程度也较低，不利于创造宽松的应用发展环境，使氢气运用受限。

五、鞍山市化工领域氢能产业发展措施建议

（一）以现有加氢起步区为基地，积极招商引资

针对地理位置特点，在鞍钢与国锐化工有限公司中间规划20万平建设加氢起步区，按照压力高低、装置配置为4个加氢厂分别占地4万平左右，2万平建设公共设施岛，包括氢气发生炉、事故排泄区、循环消防水域、水处理站，及加氢管道。政府应引导规模性招商，引入包括氢气发生、分离装置企业，加氢企业，焦油分离企业等，以扩大项目再生产，为园区的规模扩大积蓄资源和保障。

(二) 稳定氢气来源，提供规模低价原料

氢能作为清洁低碳能源，未能大规模应用，成本是大问题，现在制备价格都5元/m3左右，是天然气的2倍以上，需要从源头上降低氢气价格。在鞍钢和国锐化工的加氢反应中，针对他们的地理位置和加氢产品特点，可以共用加氢炉，这样能节省两个大项目各自开工所增加的费用。针对鞍山本地煤焦油资源，可以发展PSA制氢法，获得稳定的加氢源泉。

（三）促进氢气基础设施建设，安全、环保、消防设施协同建设

制订企业加氢集中园区相关的规划，要让氢能发展成未来社会的必需品。可以参考水、电、天然气、通讯的发展模式，让企业通过垄断，大规模建造氢气运输、储存网络来降低成本。特别是利用天然气已有的管道来改造升级，先通过掺氢管道建设，首先让氢气可以用起来，有了市场，自然也能促进下游终端开发。安全、消防、环保协同规划，为全面建立完善、和谐的加氢园区做好统筹协调工作。

（四）开展设计单位、大学、企业联合，产、学、研一体化开发

目前火热的燃料电池技术虽然成果较大，极大的提升了氢能利用效率，但是对于氢气纯度要求太苛刻，一般要达到99.99%以上，使用门槛太高对氢能发展不是好事情。开展域内设计单位、大学、企业联合，开发出纯度要求不高的混合气体燃料电池，或者是直接开发高效率的内燃式的氢气发动机，或许更能促进氢能产业的发展。针对加氢集中区的建设，建设产、学、研研发服务平台，针对不同种类的催化剂和加氢方法，和相关科研院所广泛联合，并引入检测、研发、催化剂生产等各种资源。

（五）加大氢能产业的扶持力度，做好引领开发示范

新兴产业的发展初期阶段都离不开政府政策的支持，政府资金政策扶持可降低投资者初期风险。可采取合作的方式与投资者建设加氢站，补贴氢气运输管道建设，奖励储氢材料，氢能技术开发研究等，在全省做好引领示范。