深挖企业降碳潜力（1）｜天津碳一首创“焦炉煤气深度净化产品化气体分离”新工艺，新生态产业体系制氢成本...

中船派瑞氢能（邯郸）公司拥有多项氢能技术完全自主知识产权，业务涵盖氢能“制-储-运-加”全产业供应链，建有单机产氢量世界领先的制氢装置生产线，年产量可达1.5GW，是国内外市场领先的氢燃料电池车用高压储氢系统供应商。

天津碳一有机合成设计有限公司首创的“焦炉煤气深度净化产品化气体分离新工艺”，是真正意义上的绿色工艺。整个工艺路线构建了一个完整的生态产业体系，不仅实现了氢气H2、甲烷CH4低成本甚至于零成本分离净化，而且将焦炉煤气组份中所含的CO、CO2全部转化为市场亟需的磷酸二氢钾、二甲酸钾等产品，整个工艺过程可以做到基本不排碳CO2，实现了化工流程工业碳中和。

文章｜武安君

编辑｜武安君

由于氢气在燃烧过程中不会产生二氧化碳、二氧化硫和烟尘等大气污染物，同时与太阳能和风能相比，氢能又具有相对较强的可储存性，因此氢能被公认为未来最理想的清洁能源之一。

当前，我国氢气生产主要在石化、化工、焦化行业，作为中间原料生产多种化工产品，少量作为工业和交通燃料使用。如：氢能重卡、燃料电池汽车等。

工业副产氢被称为'灰氢'。目前主要有烧碱 （氢氧化钠）行业副产氢气、焦炭生产过程中的焦炉煤气可分离回收氢气、石化工业中的乙烯和丙烯生产装置可回收氢气。

由太阳能光伏、光热发电、风能等可再生能源发电作为电源，电解水制取的氢被称为“绿氢”。通常情况下，1立方米绿氢需要耗费5.2度绿电，中科院大连化物所已经能够做到4.1~4.5度电制备1立方米氢气的水平。目前，在西北沙漠地区光伏光热的度电成本已经降至2角，而且从现在的发展趋势看，绿电的价格在未来3-5年时间内可以低至1角甚至更低。显然，绿氢的大规模应用寄希望于可再生能源电价的进一步降低。

氢能的终端使用价格主要由氢气的制备、提纯、储存、运输、加注和终端应用等环节构成，其中如何获得价格低廉的氢气、以经济安全的方式储运、终端使用规模化以及低成本制造，是决定氢能源产业应用规模提升的关键。

在灰氢中，焦炉煤气制氢的成本最低。根据煤种配比和工艺操作条件的不同，焦炉煤气的组份也会有所差异。焦炉煤气的主要成分为H2（55%～67%）和 CH4（19%~27%），其余为少量的CO（5%~8%）、CO2（1.5~3%）、C2以上不饱和烃、氧气、氮气，以及微量苯、焦油、萘、H2S和有机硫等杂质。

通常情况下，焦炉气中的 H2 含量在 55% 以上，可以直接净化、分离、提纯得到氢气，也可以将焦炉气中的 CH4 进行转化、变换再进行提氢，可最大限度地获得氢气产品。按照焦化生产技术水平，扣除燃料自用后，每吨焦炭可用于制氢的焦炉煤气量约为200ｍ3。

山西晋南钢铁挖掘企业自身的氢能潜力，将高炉煤气替换焦炉煤气用作炼焦燃料，置换下来的富含氢气的焦炉煤气制氢用于乙二醇生产，取得了很好的效果。

以焦炉煤气为原料制取氢气，广泛采用的是变压吸附技术（PSA）。北大先锋和西南化工研究院是其中的姣姣者。小规模的焦炉煤气制氢一般采用变压吸附（PSA）技术，提取焦炉气中的 H2 ，解吸气返回回收后做燃料再利用；大规模的焦炉气制氢通常将深冷分离法和PSA法结合使用，先用深冷法分离出LNG，再经过变压吸附提取 H2 。通过PSA装置回收的氢含有微量的O2 ，经过脱氧、脱水处理后可得到 99.999％的高纯H2。

几种制氢方式对比

天津碳一有机合成设计有限公司始终秉持“成本低就是王道”的技术开发理念，凭着多年的技术积淀，适应双碳形势要求，及时研发出了一种焦炉煤气深度净化产品化气体分离新工艺。该工艺将传统的气体净化工艺，巧妙地变幻为气、固、液多相协同、耦合、多联产的过程。许多气体组份通过变幻从毫无用处的废气一跃成为价值不菲的宝物：CO2变成了碳酸钾，成了钾肥，进一步则变成磷酸二氢钾，成为高效复合肥；CO变身为甲酸，不仅属于基本有机化工原料，而且还是氢能载体，仅此一项，全国可增加氢气产量上百万吨；而焦炉煤气中所含氢气提纯至5个9，甲烷从中分离，其成本几乎为零。而有机硫，这个一度令人讨厌又束手无策的家伙，在这里也变成了“小绵羊”。

焦炉煤气深度净化产品化气体分离新工艺要点：首先，用氢氧化钾（KOH）与焦炉煤气反应。焦炉煤气中的酸性气体：CO、CO2、有机硫、卤化气体，以及多金属、砷等分别与KOH进行多相化学反应，生成甲酸钾、碳酸钾、硫化物盐和卤化盐等化学品，经此工序，不仅去除了有机硫和CO、CO2、H2S等气固杂质，而且还生成了新的化学品（甲酸钾和碳酸钾等），可谓是一箭双雕；第二步，去除酸性气体后的焦炉煤气只剩下带压的甲烷、氮气和氢气的混合气。带压混合气体可直接进入变压吸附PSA（或深冷）工序。由于混合气体经过了前道工序的预处理，无论是PSA还是深冷，分离提纯的难度和成本都将大大降低。于是，甲烷、氮气和氢气三种气体可同步实现高效分离、提纯；第三步，在本道工序里，甲酸钾和碳酸钾既可作为商品直接出售，也可进一步分别与磷酸（H3PO4）反应生成二钾酸钾、磷酸二氢钾（KH2PO4）和甲酸（HCOOH）。

天津碳一有机合成设计有限公司总经理姜红远向《武安君》如数家珍。他说，用焦炉煤气深度净化产品化气体分离创新工艺路线，通过协同、耦合、多联产方式，俨然组成了一个“大家庭”。这个大家庭除氢气和LNG外，还有碳酸钾、甲酸钾、甲酸、磷酸二氢钾、二甲酸钾，等等，整个工艺路线构建了一个完整的碳中和生态产业体系，涉及农业、畜禽养殖、氢能等多个领域。

甲酸是一种重要的基础化工原料，它既可以和甲酸钾合成二钾酸钾（HCOOH· KOOCH），又可以作为载氢物质异地制取氢气。甲酸还是目前条件下唯一的能够在储氢端不用氢气，直接用CO合成的载氢物质。我们的团队正在做的甲酸全产业链的工作，很快就会让大家眼前一亮。先卖个关子。

磷酸二氢钾是我们国家比较缺乏的重要的复合肥料，号称“肥精”。关于磷酸二氢钾功效，在这里我们无需赘言，大家都很清楚。

而二甲酸钾则是饲料禁抗之后理想的替代品，号称“代替抗生素促进动物生长的首选饲料添加剂”，是饲料添加剂中的新秀，市场潜力巨大。

除此之外，深度净化产品化气体分离新工艺（DPPGS工艺）还有一个其它工艺无法比拟的优点，那就是，H2和CH4分离净化成本几乎为零。

《武安君》点评：天津碳一有机合成设计有限公司首创的“焦炉煤气深度净化产品化气体分离新工艺”，是真正意义上的绿色工艺路线。整个工艺路线构建了一个完整的具有碳中和功能的生态产业体系，不仅实现了氢气H2、甲烷CH4低成本甚至于零成本分离净化，而且将焦炉煤气组份中所含的CO、CO2等酸性气体全部协同处理，转化为市场亟需的碳酸钾、甲酸钾、磷酸二氢钾、二甲酸钾等产品，整个工艺过程可以做到基本不排碳（CO2），实现了化工流程工业碳中和。

据测算：一个产能150万吨焦炭企业，每年副产焦炉煤气约5.1亿Nm3。若采用深度净化产品化气体分离新工艺分离H2和CH4，那么，工艺减碳数量可以达到甚至超过10万吨。

焦炉气是重要的能源和化工原料，我国每年可供综合利用的焦炉气量约为1577.6亿Ｎｍ3，作为焦化产业大国，充分挖掘焦炉煤气的潜能，全面推广DPPGS工艺构建具有碳中和功能的焦炉煤气生态产业体系，具有十分重要的意义。

目前，大部分焦化企业在焦炉煤气下游配套了综合利用装置，将焦炉气深加工制成天然气、合成氨、氢气以及联产甲醇合成氨等。然而，其综合效益与DPPGS工艺构建焦炉煤气生态产业体系相比，根本无法相提并论。

近年来，氢能火爆，焦炉煤气又被派上了大用场。宝武湛江钢铁、河钢氢基竖炉都在用焦炉煤气进行氢基直还铁试验。其中，山西中晋太行的氢基竖炉年产30万吨直接还原铁实验装置已经取得成功。

由于直接提氢项目投资较低，比直接使用天然气和煤炭制氢等方式在成本上更具优势，许多焦化企业也开始进军氢能领域，其中，有代表性的企业是山西美锦，在全国布局了多个氢能项目。

然而，尽管氢能被公认为是未来的终极能源，在双碳背景下又是化解碳排放的利器，但是焦炉煤气能走多远，行业专家多有争议。全国人大代表，中国宝武太钢集团党委书记、董事长高祥明就曾直言：

随着全球低碳冶金技术的日益成熟和逐步应用，钢铁行业高碳排放的状况将改变。当前，钢铁企业都在尝试氢冶金、低碳冶金、短流程炼钢和CCUS（碳捕获、利用与封存）等措施，以减少钢铁行业的碳排放。这样的结果对于一些污染物排放总量大的、碳排放强度高的焦化高炉、烧结等工序而言，就只能是被改造或者是被淘汰。 

“再过10年、20年，焦化厂可能就不存在了。焦化厂的炼焦炉会大幅减少，部分高炉可能会被氢还原炉代替，或者被低碳冶炼的高炉代替，这样的钢铁厂和现在相比，会发生根本性的变化。”

说实在的，我是支持高祥明代表观点的。事实上，宝武集团新疆八一钢铁公司氧气高炉试验一旦成功，焦炭用量就会立马削减不少。

然而，天津碳一有机合成设计公司却独辟蹊径，首创了焦炉煤气深度净化产品化气体分离全新工艺路线（DPPGS工艺），在耦合低成本甚至于零成本制取氢气的同时，实现了CO2的资源化利用，开创了工业流程降碳新途径，仅如此，还构建了一个完整的生态产业体系。或许这样的组合式创新才能真正地为焦炭行业续命。