零碳新能网｜灰氢在化工与炼油中的典型场景与适配建议

灰氢是目前工业用氢的主力，但碳排放争议大。哪些场景非它不可，怎么用更合理？本文按典型场景给出答案。

合成氨与甲醇：灰氢的传统主场

合成氨和甲醇是灰氢用量较大的下游。全球每年约一半的氢气用于合成氨，其中绝大部分来自天然气或煤制氢。灰氢在这里站稳脚跟，靠的是成熟技术和相对低廉的成本。天然气蒸汽重整制氢的单吨成本在采用灰氢工艺时，比电解水制氢低出不少，这对利润率偏薄的化肥行业吸引力很强。

但需要注意的是，灰氢的碳排放贯穿全流程：每制 1 公斤氢气约排放 9-12 公斤二氧化碳（天然气路径）或 18-22 公斤（煤制氢路径）。2026 年国内碳市场有望将合成氨纳入管控，届时碳排放成本会直接影响核算。

适配建议

• 优先选择天然气制氢而非煤制氢，天然气路线的碳强度更低，改造空间大。
• 如果产地靠近盐穴或枯竭油气藏，可提前规划二氧化碳封存接口，为未来升级蓝氢做准备。
• 新建装置要预留碳捕集装置的空间和设备荷载，避免后续改造时土建返工。
• 关注合成氨下游需求波动，灰氢装置的负荷灵活性有限，需要配套储氢或原料缓冲。

炼油加氢：脱硫与裂化的依赖

炼油厂中的加氢裂化、加氢脱硫、加氢精制等环节同样离不开氢气。这些工艺对氢气纯度要求高（通常 99.9% 以上），且用量随原油硫含量上升而递增。灰氢通过管道直供炼厂，能稳定满足大流量、高纯度的需求。

从经济性看，炼厂自建天然气制氢装置的综合成本比外购绿氢低 40% 以上（以 2025 年能源价格测算）。但炼厂的碳排放压力也逐年加大。欧盟碳边境调节机制已覆盖石化产品，出口型炼厂需要核算产品全生命周期碳足迹。

适配建议

• 灰氢装置与炼厂公用工程深度集成，利用副产蒸汽和余热，能提高整体能效 5%-10%。
• 如果炼厂周边有工业二氧化碳用户（如食品级干冰、饮料碳酸化），可考虑碳捕集后的提纯外售，摊薄脱碳成本。
• 规划中的加氢站项目不宜直接依赖灰氢，炼厂自用灰氢与交通用氢的结算体系需分开。
• 2026 年部分炼厂可能面临碳排放配额收紧，建议提前开展碳捕集可行性研究。

钢铁直接还原：气基竖炉的灰色供应

传统高炉炼铁依赖焦炭，碳排放高。气基直接还原（如 MIDREX 工艺）以氢气和一氧化碳混合气为还原剂，碳排放可降低 30%-50%。但多数气基竖炉目前仍使用天然气重整产生的灰氢，并未使用绿氢。

钢铁行业对氢气的需求是连续、大流量，且对氢气成本异常敏感。灰氢价格约为绿氢的一半，在碳价低于 50 美元/吨的情况下，灰氢路线仍有经济优势。但全球钢铁贸易中的碳壁垒正在提高，出口导向型钢厂需提前布局。

适配建议

• 直接还原工艺本身对氢气纯度要求不如炼油严格，95% 纯度的灰氢即可使用，但硫含量需控制在 1ppm 以下。
• 可利用钢厂自产的焦炉煤气副产氢提纯后补充，减少对外部灰氢的依赖。
• 碳捕集与封存（CCS）是灰氢钢铁路线的主要脱碳手段，可考虑与邻近的二氧化碳驱油项目合作。
• 关注“绿氢+直接还原”示范项目的进展，灰氢作为过渡方案的时间窗口可能在 2030 年后收窄。

工业燃料：玻璃与陶瓷的替代方案

玻璃、陶瓷、金属热处理等工业窑炉，过去多用天然气或重油。改用氢气燃烧可以实现零碳排放，但纯绿氢供应不稳定且价格高。灰氢作为过渡燃料，可大幅降低改造初期的用能成本。

这一场景下，灰氢的使用有几个特殊挑战：燃烧温度与火焰特性与天然气不同，需要改造喷嘴；氢气体积热值低，输送和储存成本上升；灰氢中含有的微量硫化物可能影响产品质量（如浮法玻璃的锡槽）。

适配建议

• 按 10%-30% 氢掺混比例逐步试验，确定不影响产品良率的较高掺氢比。
• 优先用于对燃料成分不敏感的粗加工工序（如玻璃预熔、陶瓷素烧），精加工环节仍可保留天然气。
• 灰氢供应宜采用现场制氢（小型天然气重整）而非长管拖车运输，后者成本高出 2-3 倍。
• 建设共享氢气提纯中心，将多厂区低品质灰氢统一提纯至工业燃料级（纯度≥98%），再分送至各窑炉。

常见问题