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甲醇生產(chǎn)工藝與綠色甲醇發(fā)展驅(qū)動力

 跟上時代 2024-09-02 發(fā)布于內(nèi)蒙古

1、綠色甲醇的定義與認證:生物甲醇、電制甲醇

2、【綠色甲醇研究】甲醇產(chǎn)業(yè)鏈與全球供需

一、甲醇生產(chǎn)工藝

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傳統(tǒng)甲醇生產(chǎn)工藝

國內(nèi)甲醇的主要生產(chǎn)原料包括天然氣、煤炭和焦?fàn)t氣。由于中國的能源結(jié)構(gòu)是富煤貧油少氣,煤炭成為甲醇生產(chǎn)的主要原料,占據(jù)了國內(nèi)甲醇總產(chǎn)量的超過80%的比重,天然氣制甲醇約占比10%,焦?fàn)t氣占比10%?;诃h(huán)保因素,近幾年焦?fàn)t氣制甲醇產(chǎn)能增長較快,天然氣制甲醇項目在國內(nèi)目前處于停滯狀態(tài)。

國外,伊朗等中東主要甲醇生產(chǎn)國以及美國等其他地區(qū),因擁有豐富的天然氣資源,多選擇天然氣制甲醇的技術(shù)路線。國外天然氣制甲醇,因為制取流程短,投資少,天然氣價格低,因此甲醇生產(chǎn)成本相對國內(nèi)煤制甲醇低。

1、煤制甲醇

煤制甲醇是在煤為原料和氣化劑的作用下,經(jīng)過煤氣化技術(shù),生產(chǎn)以一氧化碳(CO)和氫氣為有效成分的粗煤氣,后經(jīng)過脫硫、變換,調(diào)節(jié)CO和氫氣的配氣量,凈化后,生成合格的合成氣,合成氣經(jīng)過壓縮后再甲醇合成塔中催化合成粗甲醇,后精餾制得精甲醇。

資料來源:公開資料,RMC氫連

2、天然氣制甲醇

由于我國天然氣資源較為貧乏,同時受限于“煤改氣”政策,需要保障民用天然氣供應(yīng),2019年以來天然氣制甲醇沒有新增產(chǎn)能。2023年發(fā)改委頒布政策《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2023年本,征求意見稿)》,限制天然氣制甲醇(CO2含量20%以上的天然氣除外)。

天然氣的主要成分是烷烴,甲烷占比較大,另含有少量乙烷、丙烷和丁烷,以及少量的硫化氫、二氧化碳、氮、水氣和一氧化碳及微量的稀有氣體。天然氣需要先經(jīng)過脫硫,后主要經(jīng)過天然氣轉(zhuǎn)化、合成、精餾三個主過程后,生成甲醇。

資料來源:公開資料,RMC氫連

③焦?fàn)t氣制甲醇

焦?fàn)t氣是焦炭生產(chǎn)過程主要由中的副產(chǎn)品,氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等組成。焦?fàn)t氣通過脫硫,與氧氣氧化,壓縮后,CO與水蒸氣發(fā)生反應(yīng),生成粗甲醇,后精餾得到甲醇產(chǎn)品。

焦?fàn)t氣制甲醇生產(chǎn)成本低,與二氧化碳回收相相結(jié)合,能降低二氧化碳排放,提高能效。

資料來源:公開資料,RMC氫連

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綠色甲醇生產(chǎn)工藝

甲醇是重要的化工原料,在工業(yè)生產(chǎn)中的地位舉足輕重。隨著“雙碳”政策的逐步推進,降低甲醇生產(chǎn)過程中的碳排放,成為迫切需求。降碳需求催生了甲醇新的生產(chǎn)工藝,進而產(chǎn)生了綠色甲醇、低碳甲醇等概念。

2021年,IRENA發(fā)布的《創(chuàng)新前景:可再生甲醇》,根據(jù)原料來源和生產(chǎn)工藝對甲醇生產(chǎn)的碳排放強度進行了分類:綠色甲醇(可再生)、藍色甲醇(不可再生)、灰色甲醇(不可再生)、棕色甲醇(不可再生)。甲醇中氫(H)和碳(C)的來源均為可再生,就可以稱為綠色甲醇。

甲醇的顏色定義,資料來源:IRENA《創(chuàng)新前景:可再生甲醇》

我們在《綠色甲醇的定義與認證:生物甲醇、電制甲醇》中講過,綠色甲醇分為生物甲醇和電制甲醇。生物甲醇根據(jù)其生產(chǎn)工藝又可以分為生物質(zhì)熱解氣化路線和生物質(zhì)制沼氣(主要組成:甲烷)路線。電制甲醇中氫氣來源于可再生能源制氫,二氧化碳來自生物質(zhì)能的碳捕集與封存(BECCS,bioenergy with carbon capture and storage)和直接空氣捕集(DAC,direct air capture)。

1、生物甲醇——生物質(zhì)氣化制甲醇

生物質(zhì)氣化制甲醇的核心環(huán)節(jié)主要包括生物質(zhì)氣化和甲醇合成。生物質(zhì)氣化技術(shù)是在一定熱力學(xué)條件下,將生物質(zhì)固體原料轉(zhuǎn)化為混合氣體的熱分解方式,是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量合成氣最優(yōu)前景的技術(shù)之一。

生物質(zhì)氣化過程主要分為:1)氧化—放熱階段;2)干燥—吸熱階段;3)氣化—吸熱階段;4)熱解—吸熱階段。生物質(zhì)氣化成氣體產(chǎn)物后,通過調(diào)整碳氫比,脫硫脫酸,在催化劑的作用下合成粗甲醇,后經(jīng)過精餾生成甲醇產(chǎn)品。

資料來源:公開資料,RMC氫連

2、生物甲醇——生物質(zhì)制沼氣合成甲醇

生物質(zhì)制沼氣合成甲醇的過程核心在于生物質(zhì)發(fā)酵。發(fā)酵后的沼氣制甲醇主要是基于天然氣制甲醇技術(shù)路線調(diào)節(jié)碳氫比,合成甲醇。

生物質(zhì)制沼氣是有機棄物通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的清潔燃氣(即生物質(zhì)沼氣),其主要成分為甲烷及二氧化碳,還含有少量硫化氫、氧氣、氮氣等雜質(zhì)。生物沼氣在催化重整后生成富氫適醇合成氣,壓縮后在催化劑下合成甲醇,精餾后制成綠色甲醇產(chǎn)品。

資料來源:公開資料,RMC氫連

3、電制甲醇——生物質(zhì)能碳捕集封存合成甲醇

電制甲醇中氫氣來源于綠電電解水制氫,二氧化碳來自生物質(zhì)能的二氧化碳捕集,稱為生物質(zhì)能碳捕集封存合成甲醇。其中CO2來自如秸稈發(fā)電的生物質(zhì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)。

資料來源:公開資料,RMC氫連

4、電制甲醇——直接空氣捕集CO2合成甲醇

氫氣來自綠電電解水制氫,二氧化碳來自直接空氣捕集。二氧化碳通過規(guī)?;当尽?/p>

資料來源:公開資料,RMC氫連

在綠色甲醇中,生物甲醇的原料,生物質(zhì)受收儲半徑、商業(yè)模式等因素制約,規(guī)?;?yīng)具有不可持續(xù)性。在綠色甲醇需求量不大的情況下,相比于電制甲醇,生物質(zhì)制甲烷路線和生物質(zhì)氣化路線成本優(yōu)勢相對明顯,產(chǎn)業(yè)壁壘相對較低,示范應(yīng)用相對成熟。

電制甲醇中,直接二氧化碳捕獲量尚不足萬噸,且相關(guān)的技術(shù)成熟度較低,液態(tài)、固態(tài)、電化學(xué)等吸附材料與變溫、變濕、變壓等工藝尚未成熟定型,中短期內(nèi)難以供應(yīng)規(guī)模化的綠色甲醇制備。

二、綠色甲醇發(fā)展驅(qū)動力

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全球碳減排驅(qū)動綠醇發(fā)展

1992年5月9日,聯(lián)合國大會上通過《聯(lián)合國氣候變化框架公約》,其終極目標(biāo)是將大氣溫室氣體濃度維持在一個穩(wěn)定的水平,在該水平上人類活動對氣候系統(tǒng)的危險干擾不會發(fā)生,截至2016年6月,加入該公約的締約國共有197個。

2015年12月12日,197個國家在巴黎召開的締約方會議第二十一屆會議上通過了《巴黎協(xié)定》。協(xié)定在一年內(nèi)便生效,旨在大幅減少全球溫室氣體排放,將本世紀(jì)全球氣溫升幅限制在2℃以內(nèi),同時尋求將氣溫升幅進一步限制在1.5℃以內(nèi)的措施。

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航運碳減排迫切倒逼綠色甲醇發(fā)展

全球約90%的貿(mào)易量依賴航運。航運每天需使用400萬桶石油,相當(dāng)于全球石油產(chǎn)量的4%,或相當(dāng)于沙特阿拉伯石油日產(chǎn)量的三分之一。國際海事組織(IMO)的數(shù)據(jù)顯示,2020年航運業(yè)的二氧化碳排放量達7.96億噸。另一份報告指出,航運業(yè)的二氧化碳排放量由2012年的9.62億噸增至2018年的10.56億噸,在全球二氧化碳排放量中所占的份額從2012年的2.76%升至2018年的2.89%。因此航運業(yè)碳減排迫在眉睫。

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中國雙碳目標(biāo)驅(qū)動綠醇發(fā)展

中國是《聯(lián)合國氣候變化框架公約》及其《巴黎協(xié)定》的締約國。2020年9月22日,我國政府在第七十五屆聯(lián)合國大會上提出:“中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。”

我國“十四五”規(guī)劃明確指出,落實2030年應(yīng)對氣候變化國家自主貢獻目標(biāo),制定2030年前碳排放達峰行動方案。錨定努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和,采取更加有力的政策和措施。

目前國內(nèi)甲醇的生產(chǎn)工藝原料依然為以煤炭等為代表的化石燃料,其在能源和化工原料供應(yīng)方面發(fā)揮著重要作用,但這一過程也伴隨著一些環(huán)保方面的挑戰(zhàn)和影響。

傳統(tǒng)的以化石燃料為原料的甲醇生產(chǎn)方式,由于其相對較高的碳排放,將面臨越來越大的環(huán)境壓力和政策限制。為了減少碳排放,政府已經(jīng)開始對化石燃料制甲醇的產(chǎn)能擴張實施更為嚴格的控制。國家發(fā)展和改革委員會(發(fā)改委)等關(guān)鍵政府部門多次發(fā)布指導(dǎo)性文件,明確提出了推動產(chǎn)業(yè)向低碳、綠色方向調(diào)整的政策措施。

近年來在國內(nèi)甲醇生產(chǎn)工藝及化石化工行業(yè)相關(guān)政策及環(huán)保要求下,傳統(tǒng)的煤制甲醇產(chǎn)能占比正在逐步縮減。

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