制氢行业市场发展分析研究报告.docx

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制氢行业市场发展分析研究报告

2018-2019制氢行业市场发展分析研究报告

由于编制时间紧迫和编者能力有限，报告中多有不尽之处敬请见谅。

特别是市场分析一章由于数据缺乏，只定性描述了市场结构和相应需求预测方法没有给出具体数据，请读者见谅！

制氢行业概述

一、制氢行业简述

氢气作为工业气体的一员，在许多制造、化工领域运用广泛。

同时，氢气和其它工业气体一样市场分散，集中度差。

从整体上氢气生产制造企业有广而散、产品同质化高、由提供产品向提供服务过度的趋势。

同时，作为一种新型能源，氢能产业化还处在探索阶段。

1、氢气的用途

氢气由于其特有的化学性质使其在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用。

同时，氢也是一种理想的二次能源（二次能源是指必须由一种初级能源如太阳能、煤炭等来制取的能源）。

在一般情况下，氢极易与氧结合。

这温加工过程及电子微芯片的制造中，在氮气保护气氛中加入氢以去除残余的氧。

在石化工业中，需加氢通过去硫和氢化裂解来提炼原油。

氢的另一个重要的用途是对人造黄油、食用油、洗发精、润滑剂、家庭清洁剂及其它产品中的脂肪氢化。

由于氢的高燃料性，航天工业使用液氢作为燃料。

2、氢气制造行业的特点

（1）氢气制造企业多是以厂区为中心，向周围辐射

目前氢气运用领域中多是作为工业生产的辅助原料，并且氢气的运输从客观上说具有成本较高便利性差的特点。

因此，氢气制造厂的营销网络多以厂区为中心，向周围辐射。

其中气体氢气输送半径一般不超过200公里，液氢供应半径较大可以达到1000公里或者更远。

（2）氢气生产技术成熟，相关标准明确

我国化肥和石油化工行业大规模生产氢气的方法主要有：

天然气蒸汽转化、轻油蒸汽转化、水煤气制氢，而以天然气蒸汽转化应用最为普遍；在精细化工、医药、电子、冶金、科研等用氢行业，传统的制氢方法是水电解；近年来，随着催化剂的成功开发，甲醇蒸汽转化制氢的工艺得到迅速推广，取代了相当数量的传统制氢装置，在中小规模用氢领域产生了良好的经济效益。

相应标准：

GB/T7445-1995

纯氢、高纯氢和超纯氢H2

GB/T16942-1997

电子工业用气体氢H2

GB/T3634.1-2006

氢气第1部分:

工业氢H2

（3）公司集团化，厂区地方化

由于氢气需求和运输的特殊性决定了氢气生产厂只能因地制宜，满足周边客户需要，辐射范围小。

同时，工业气体生产企业为满足其自身发展壮大的内在需要，扩大市场边界全球建厂。

目前，国际四大企业集团占整个世界工业气体市场份额的72%左右。

由于目前氢气市场仍然为较为传统应用领域，氢气市场需求难有较大的增长；企业大多采用扩大市场份额的方式来扩大其自身产品的需求。

因此企业有集团化、扩地区、跨国家全球扩张的经营方式。

二、制氢方法介绍

1、电解水制氢

多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽（外形似压滤机）来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。

阳极出氧气，阴极出氢气。

该方法成本较高，但产品纯度大，可直接生产99.7%以上纯度的氢气。

这种纯度的氢气常供：

①电子、仪器、仪表工业中用的还原剂、保护气和对坡莫合金的热处理等，②粉末冶金工业中制钨、钼、硬质合金等用的还原剂，③制取多晶硅、锗等半导体原材料，④油脂氢化，⑤双氢内冷发电机中的冷却气等。

像北京电子管厂和科学院气体厂就用水电解法制氢。

2、水煤气制氢

用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气（C+H2O→CO+H2─热）。

净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO2（CO+H2O→CO2+H2）可得含氢量在80%以上的气体，再压入水中以溶去CO2，再通过含氨蚁酸亚铜（或含氨乙酸亚铜）溶液中除去残存的CO而得较纯氢气，这种方法制氢成本较低产量很大，设备较多，在合成氨厂多用此法。

有的还把CO与H2合成甲醇，还有少数地方用80%氢的不太纯的气体供人造液体燃料用。

像北京化工实验厂和许多地方的小氮肥厂多用此法。

3、由石油热裂的合成气和天然气制氢

石油热裂副产的氢气产量很大，常用于汽油加氢，石油化工和化肥厂所需的氢气，这种制氢方法在世界上很多国家都采用，在我国的石油化工基地如在庆化肥厂，渤海油田的石油化工基地等都用这方法制氢气。

CH4+H2O

CO+3H2

4、生物质制氢

前三种方法技术相当成熟是常用的工业制氢方法。

生物质制氢是现代氢能源制造的新技术，有许多技术难关需要攻克。

根据生物质制氢所采用方法的不同可以分为：

生物质催化气化制氢、生物质热裂解制氢、生物质超临界转换制氢、生物法制氢。

（1）生物质催化气化制氢

生物质催化气化制氢是加入水蒸气的部分氧化反应，类似于煤炭气化的水煤气反应，得到含氢和较多一氧化碳的水煤气，然后进行变换反应使一氧化碳转变，最后分离氢气。

由于生物质气化产生较多焦油，研究者在气化器后采用催化裂解的方法以降低焦油并提高燃气中氧含量，催化剂为镍基催化剂或较。

为便宜的白云石、石灰石等。

气化过程可采用空气或富氧空气与水蒸气一起作为气化剂，产品气主要是氢、一氧化碳和少量二氧化碳。

气化介质不同，燃料气组成及焦油含量也不同。

使用空气时由于氮的加入，使气化后燃气体积增大，增加了氢气分离的难度；使用富氧空气时需增加富氧空气制取设备。

Dernjrbas认为含水质量分数在35％以下的生物质适合采用气化制氢技术。

（2）生物质热裂解制氢

热解制氢温度一般为650～800K，压力0.1～0.5MPa。

生物质热裂解制氢是对生物质进行间接加热，使其分解为可燃气体和烃类（焦油），然后对热解产物进行二次催化裂解，使烃类物质继续裂解以增加气体中氢含量，再经过变换反应将一氧化碳也转变为氢气，然后进行气体分离。

通过控制裂解温度、物料停留时间及热解气氛来达到制氢目的。

由于热解反应不加空气，得到的是中热值燃气，燃气体积较小，有利于气体分离。

该方法需考虑残碳和尾气的回用以提供热解反应的热量。

TarMas等研究发现，煅烧白云石可增加热解气中氢气的含量，并认为白云石的催化作用在于减少了热解过程中的焦油产率。

（3）生物质超临界转换制氢

该技术对含水质量分数在35％以上的生物质、泥煤制氢特别适用超临界转换系将生物质原料与一定比例的水混合后，置于压力22～35MPa，温度450～650℃的超临界条件下进行反应，完成后产生氢含量较高的气体和残碳，再进行气体分离。

由于超临界状态下水具有较低的介电常数、粘度小和扩散系数高的特点，因而具有良好的扩散传递性能，可降低传质阻力和溶解大部分有机成分和气体，使反应成为均相，加速反应进程。

超临界水气化制氢的反应压力和温度都较高，设备和材料的工艺条件比较苛刻。

Kumabe等对煤热解所得的焦油进行水蒸气催化气化制氢研究发现，焦油产氢过程同时生成大量CH4和少量C2H6等副产物。

降低反应温度虽然可减少副产物生成量，但H2生成量也随之减少，他们认为煤气化过程CH4主要来自焦油的分解。

（4）生物法制氢

a、厌氧发酵有机物制氢

许多专性厌氧和兼性厌氧微生物能厌氧降解有机物产生氢气、这些微生物也被称为化学转化细菌，如丁馥棱状芽孢杆菌、拜式梭状芽孢杆菌、大肠埃希式杆菌、产气肠杆菌、揭球固氮菌等。

厌氧发酵有机街翩氧是通过厌氧微生物（细菌）利用多种底物在氮化酶或氢化酶的作用下将底物分解制取氢气。

底物包括甲酸、丙酮酸、CO和各种短链脂肪酸等有机物硫化物、淀粉纤维素等糖类。

这些物质广泛存在于工农业生产的污水和废弃物中。

厌氧发酵制氢的过程是在厌氧条件下进行的．因此O2的存在会抑制产氢生物催化剂氮化酶和氢化酶的合成与活性。

由于转化细菌的高度专一性，不同的菌种所能分解的底物也有所不同。

因此，要实现底物的彻底分解处理并制取大量的H2，应考虑不同菌种的共同培养。

b、光合细菌和藻类制氢

光合细菌和藻类制氢都需要在一定光照条件下，菌种和藻类分解底物产生氢气。

目前研究较多的主要有：

颤藻属、深红红螺菌、球形红霞单胞菌、深红假单胞苗、球形红微菌、液泡外硫红螺菌等。

光合细菌产氢的机制，一般认为是光子被捕获到光合作用单元，其能量被送到光合反应中心（RC），进行电荷分离，产生高能电子并造成质子梯度，从而合成腺苷三磷酸（ATP）。

另外，经电荷分离后的高能电子，产生还原型铁氧还原蛋白（Fdred）固氮酶利用ATP和Fdrsd进行氢离子还原，生成氢气。

行业外部环境分析

随着传统能源供需失衡矛盾的日益加剧，世界各国纷纷加大对新能源的开发与利用，氢能源作为可再生资源的一种受到广泛的关注。

其中，对氢能源利用呼声最高的国家和地区是欧盟、日本、美国。

但同时，氢能源的反对声音也多。

2009年一年里，多个欧美厂家，包括通用、福特、雷诺、宝马，表示延缓、缩减甚至放弃对氢燃料汽车的研发。

日本厂家一贯对氢动力最为热心；他们虽不言放弃，仍在继续发力，但也承认在将来多年内，新能源车的发展重点在于电动汽车。

一、政策环境

1、国内政策环境

氢能源作为可再生资源，并没有得到国家特别重视。

《可再生能源中长期发展规划》中要求到2010年，可再生能源在中国能源消耗中的10%，到2020年达到15%。

但是规划中并没有涉及氢能的部分，也就是说，目前对于氢能产业，国家尚没有出台正式的产业发展规划。

氢能产业管理的各个部委之间，也没有一个氢能专业协调委员会进行部委之间的协调运作，只是在太阳能学会下设有一个氢能专业委员会，但作为半政府性质的协会，其力量有限。

“973计划”2009年度重要支持方向包括材料领域中新型高容量储氢材料的关键基础科学问题研究。

十一五“863”计划包括4个燃料电池车研究项目。

2002～2007年，分别在北京和上海同时进行6辆燃料电池公共汽车实地运行示范；并为在全国进行更大规模的示范乃至燃料电池公共汽车商业化做好准备工作。

为了保障2008年绿色奥运召开的北京能有80～100辆氢能客车的正常运行，北京市计划几年内在四环外建立国内首座小型加氢站。

同时国家计划到2010年上海世博会期间，将有20辆燃氢公交车、300辆燃氢出租车以及一批燃料电池场地车和邮政车投入运行。

2、国外政策环境

（1）欧盟

2003年，欧盟（EU）和欧洲委员会（EC）发表的一篇重要报告和行动计划，阐述了有关氢能利用的远大前景。

欧洲委员会成员国政府在四年内预计投资20亿美元，以扶持发展氢能与燃料电池技术。

欧盟、欧洲工业委员和欧洲研究社团于2008年11月联合制定了2020年氢能与燃料电池发展机划，将在燃料电池和氢能研究、技术开发及验证方面投资近10亿欧元，并希望在2020年前实现这些技术的重大突破。

实施方案第一步已于2008年启动，涉足领域如氢气的运输和充装基础设施以及氢气的生产、储存和分配。

（2）美国

2004年2月，美国能源部出台了《氢能技术研究、开发与示范行动计划》。

该计划制定了发展“氢经济”的步骤和向“氢经济”过渡的时间表，确定了在发展“氢经济”初始阶段的技术研究、开发与示范的具体内容和目标，以及相关后续行动等。

该计划的出台是美国推动“氢经济”发展的又一重大举措，标志着美国发展“氢经济”的战略已从政策评估、制定阶段进入到了系统化实施阶段。

美国政府计划在2004～2008年的5年间投入12亿美元用于实施这个计划。

（3）日本

2001年1月，日本经济产业省的“燃料电池实用化战略研究会”报告提出了指导氢能和燃料电池技术发展的国家行动纲领，并明确制定了分阶段实现燃料电池实用化的目标。

为实现这项战略目标，日本政府计划投入研发资金110亿美元，在2010年前使燃料电池的总装机容量达到220万千瓦，到2030年全国建成8500个氢加注站，燃料电池汽车要达到1500万辆，占汽车市场的20%。

2004年日本公布的“新产业创造战略”中，燃料电池也被列入未来日本产业竞争力核心的新产业。

二、行业动态

1、氢的生产方面

（1）法国国家科研中心于2009年4月8日发表公报说，科学家们对普通电解槽进行改进，加装了传感器。

在这些仪器的帮助下，可以优化电解槽内的环境，从而获得尽可能多的氢。

（2）日本科学家发现，人类可以在污水和面团中获得氢。

（3）科院大连化物所李灿院士利用双共催化剂发展了Pt-PdS/CdS三元光催化剂，在可见光照射下，利用Na2S作为牺牲试剂，使产氢量子效率达到93%，成为迄今为止世界范围内光催化最高产氢量子效率。

（4）哈尔滨工业大学教授任南琪掌握有机废水发酵法生物制氢技术，在产生氢气的同时伴随有机物的降解，是废水得到净化，从而变废为宝。

2、氢的储存和运输方面

（1）美国加利福尼亚州利弗莫尔的劳伦斯—利弗莫尔国家实验所（LLNL）的研究人员成功研制出了一种新式低温抗压的氢燃料贮存装置，该装置将成为未来氢燃料汽车的关键装置，使氢燃料车具有更持久的动力和市场竞争力。

据报道，这种安装在一个实验型混合动力汽车里的低温高压氢燃料贮存器，可以储存液态氢多达6天，而不会发生任何泄露。

这种装置被称为LH2贮存系统，这种系统增加了长期停车期间释放氢气的时间。

（2）韩国氢能源研发中心的研发活动主要集中在三个主要领域：

氢化物，纳米材料和压缩气体存储罐。

韩国氢能源研发中心现阶段从事储氢材料研发的项目主要集中在以下几个方面：

燃料电池车的高压存储系统的开发、高性能氢气存储金属氢化物材料的开发、碳纳米材料储氢、无碳纳米储氢和化学氢化物的存储和释放。

（3）清华大学毛宗强教授和中国电子工程院陈霖新教授就氢气制取与储运方式提出了9种可供选择的方案，包括以天然气和煤为原料的集中制氢和水电解制氢，以液氢槽车、高压氢集装车和氢气管道等方式输送。

3、加氢站点的建设方面

（1）美国于2009年研制出一种可实现为汽车快速“加氢”的新技术，以该技术为核心的新型存储系统可在5分钟内给汽车燃料箱加满足够行驶500公里的氢燃料。

制氢行业市场分析

由于制氢技术和成本、氢能存储和运输安全等问题的技术难关并未获得突破性进展；具有关专家和协会分析未来“氢经济”需要10年以上的发展空间。

氢气的主要市场仍为传统性市场，那么本报告着力分析氢气作为工业气体的相关市场结构、市场需求。

并在最后附上行业未来几年的可能增长点概述。

一、市场结构分析

氢气根据其纯度分为：

工业用氢和特种气体。

工业用氢是指纯度低于99.99%的氢气，纯度高于99.99%的氢气称为纯氢。

我国95年颁布了工业氢的标准GB/T3634-1995，规定H2≥99.90%（优等品）、H2≥99.50%（一等品）、H2≥99.00%（合格品）。

氢气业务按照供气规模可以分为：

气瓶业务，液体业务，大型气体业务（管道）。

大型气体业务占整个氢气需求的绝大部分，其顾客主要为合成氨、甲醇生产企业，炼油厂企业。

二、市场需求分析

1、全球市场

目前，氢气的主要应用范围有：

炼油业、化工、半导体、浮法玻璃、金属材料和食品生产过程。

其中，炼油业是氢气最大的终端市场，全球炼油业消耗的氢气占全球氢气消耗总量的90%。

据美国弗里多尼亚集团的最新研究报告显示，未来几年全球氢气需求将以年均3.4%的速度快速增长，到2013年，全球氢气需求将达到4750亿立方米。

预计在2013年前，全球新增的730亿立方米的氢气需求中，有近84%的需求来自于炼油厂，其中商品氢气供应将提供炼油厂新增氢气需求的55%。

报告还指出，2008年全球制造业和其他非炼油厂氢气应用领域共计消耗氢气450亿立方米，占氢气消耗总量的11%。

其中化工生产行业（不包括合成氨和甲醇生产行业），约占据全球氢气消耗总量的6%；剩余5%的氢气消耗来自于其他制造业和非制造业应用领域。

弗里多尼亚集团指出，北美地区的氢气消耗量占据全球首位，亚太地区紧随其后。

但中国、印度及其他亚太国家经济的快速增长正在刺激该地区的清洁油品需求的强劲增长，预计2013年前亚太地区将超过北美地区成为全球最大的氢气消耗地区。

虽然西欧地区的油品规格是全球最为严格的，但由于该地区经济的疲软导致油品需求的低迷，因此该地区的氢气消耗仍将位居全球第三的位置。

其他发展中地区，如拉美、东欧和非洲地区的氢气需求正在强劲增长，增速超过了北美和西欧等成熟经济体。

2、国内需求

行业需求数据可以根据行业相关技术参数和企业信息进行推算。

（1）预测方法及相关假设

a、各氢气主要应用领域需求相加

氢气主要应用领域在合成氨、甲醇的中间产品和作为最终产品应用于炼油厂脱硫、精制环节。

可根据目前我国合成氨的产能以及石化企业产能和炼制工艺推算氢气的需要量。

b、用GDP回归分析预测

氢气作为工业气体的一种，其需求与相应的化工、电子信息、食品等产业的发展息息相关。

因此我们可以用我国GDP与氢气用量建立回归模型，从而预估未来几年的氢气需求。