近日,三菱化学(“MCG”)、阿布扎比未来能源公司PJSC - Masdar(“Masdar”),和INPEX公司(“INPEX”)宣布达成协议,就碳循环化学品项目(“CRC项目”)进行联合可行性研究(“FS”),包括在阿拉伯联合酋长国阿布扎比生产世界上第一个商业规模的由二氧化碳和绿色氢生产的聚丙烯。
其中,Masdar公司成立于2006年,是阿联酋清洁能源的领军企业,也是世界上同类公司中最大的公司之一,专注可再生能源和绿色氢技术。
本号之前探讨关于可持续聚丙烯的合成,核心点是生产可持续的丙烯单体,方法有生物乙醇转化、生物异丙醇脱水和生物丙烷脱氢,这里面已经站着巴西Braskem、美国杜邦、沙特SABIC、日本Mitsui、芬兰Neste、LG化学以及三菱化学等众多世界巨头。
此次,三菱化学走的是当下全球非常火爆的绿色甲醇转化为可持续的丙烯,然后聚合生产聚丙烯,不得不说国际巨头总是走在科技最前沿!
目前已经实现工业化的技术有UOP/Hydro的MTO工艺、中硫化的SMTO工艺、中国科学院大连化学物理研究所的DMTO技术和德国Lurgi的MTP 工艺。
其中MTO、SMTO及DMTO工艺均以低碳烯烃为目标产物,在高选择性生产丙烯方面还存在不足,而MTP工艺以生产丙烯为主,且以煤为原料,符合我国资源特点,成为国内重点发展方向之一。
中国大唐国际发电和神华宁夏煤业集团先后从德国Lurgi公司引进MTP技术,并建成了年产丙烯47.4万吨的MTP装置,其中神华宁夏煤业集团项目已于2010年成功开车。
清华大学发展了全新的流化床甲醇制烯烃(FMTP),华亭煤业集团2014年采用该技术开工建设60万吨/a甲醇制20万吨聚丙烯科技示范项目,并于2021年12月31日一次投料成功,这是国内首套流化床甲醇制聚丙烯(FMTP)装置。
三菱化学此次项目最大的卖点是采用CO2和绿氢作为原料生产甲醇,不同于传统的MTO技术,这就是国内当红的“液态阳光”。
类似的还有一条竞争路线是费托路线直接加氢经合成气制备烯烃,但一般来说经过甲醇中转,再经MTO制备丙烯会更好。
关于绿色甲醇,国内外正在加速发展,不仅是因为其非常显著的减碳,变废为宝的功能,符合全球趋势,更是由于甲醇本身就是一种基础化工原料,广泛应用于各行各业,除了上面的用于制备聚丙烯之外,最近在清洁船用燃料方面需求异常火爆。
关于合成技术,比较知名的有包括冰岛国际碳循环公司、瑞典Liquid future、中国科学院上海高等研究院、中国科学院大连化物研究所,此外西南院联合中国中化和鲁西化工最近也取得了大进展,并向10万吨的技术包进军。
甲醇的工业用途很多比方说生产塑料、胶合板、涂料,这两年新能源车卖得特别好,大家一说新能源,想到的就是电动车。但有一种甲醇汽车,它也是新能源汽车,全国现在就有好几万辆甲醇车正跑在路上。
但是中国用了几十年时间,终于把甲醇的综合利用水平提高到了世界领先的地位。
未来,如果中国想要在2060年实现碳中和目标,甲醇可能同光伏、风电、储能、氢能等大热赛道一样,是其中不可或缺的一环。
比如2021年,全国人大常委会副委员长丁仲礼院士作了“中国碳中和框架路线图研究”专题报告,讲到实现碳中和需要用到的十大“负排放技术”,其中前两条都是要通过二氧化碳制甲醇来实现。
而与各类碳中和技术发展过程不同的是,中国甲醇燃料的推广和应用,几乎没有依赖政府的财政支持,而是靠市场化的方式做到了今天的水平。
要想看清中国甲醇工业的赶超史,我们需要回到半个世纪以前,看懂中国的这一场充满意外的“超长期”战略规划,看懂吉利这家企业关于甲醇的壮志雄心。
刘科,澳大利亚技术科学与工程院外籍院士,南方科技大学化学系讲席教授,南方科技大学创新创业学院院长,南方科技大学清洁能源研究院院长。
2021年底,我本人有幸在光伏行业的一场大会上亲耳聆听刘科教授完整阐述了他的绿色甲醇战略构想,刘院士本人的演讲风格激情澎湃,感染力极强。
传统的煤制甲醇过程,需要通过反应,把煤转化为含有一氧化碳和氢气等物质的混合气体,再用一氧化碳和氢气反应生成甲醇。
但是吉利在这次我们参观的安阳项目中做到了一项重大创新:使用二氧化碳和氢气反应,来大规模生产甲醇。
二氧化碳从哪来?从含二氧化碳浓度高的工业废气里来,而且他们使用的这种二氧化碳捕集净化的工艺,中国具有完全自主知识产权,处于全球领先水平;
也就是说,这些东西原本就是工业生产过程中的副产品,是变废为宝,而不是人类为了制造甲醇刻意消耗资源来生产的。
这是中国第一次大规模成功利用二氧化碳,成功利用排放的废气,大规模人工合成清洁能源的里程碑项目。
有人说,何必如此费事?现在氢气不是很火吗,何必用氢气制甲醇?直接用氢啊。
从经济性的角度来说,人类历史上最好用的能源形式,就是(常温常压下的)液体:便利、便宜、能量密度高。
1立方米的油箱,如果装氢气,这些氢气只能发3.2度电;如果装天然气能发10度电;装铅酸电池是90度电;装全世界最好的电池能发300~500度电;装汽油能发8600度电。
那装甲醇能发多少度电呢?4300度电,虽然不如汽油,但是可以看出,人类研究电池100多年,投入了上万亿元的科研经费,能量密度还不到液体能源的一个零头。
液体能源,在地上可以用管道输送、公路输送,在海上可以用油轮输送,而且可以长期储存。
为什么石油经常走海运?刘科院士指出,全世界任何一个码头到任何码头的液体,每升的运费只要7分钱。这是所有气体、固体能源所不能比的。
因为液体能源运输的经济实惠,长期以来全世界为液体能源投入了几十万亿元修建相关的基础设施。
不,因为我们中国正在利用这一层基础设施,打造全新的清洁能源供给、运输、储存、消费体系,这其中甲醇将占据重要的位置。
吉利的300台远程醇氢重卡未来全部投入使用,就将用上安阳这个项目生产的绿色甲醇,预计每年减少1.5万吨柴油消耗,减排4.5万吨二氧化碳,给司机节省约3000万元的燃油费。
当绿色、安全、便捷的绿色能源变得比化石燃料还更便宜,那么它对于我们普通人,对于那些在意成本的货车司机将产生巨大的吸引力,也将真正加速中国能源转型的脚步。
因为中国“富煤”的能源禀赋,因为中国有何光远和吉利这样的甲醇先锋为我们大规模生产、利用甲醇创造了有利环境。
而且在“碳中和”能源体系中,甲醇不是与光伏、风电、氢能等新能源技术针锋相对的技术,它们之间恰恰还能形成互补关系。
光电、风电都是绿电,电解水就可以产生绿氢,氢气在常温常压下是气体,易燃易爆,不容易储存、运输,需要加350~700公斤大气压才能变成液体,还需要用碳纤维等材料打造特制的储氢瓶才能储存,所以运输成本高昂。
中国最便宜的绿氢会出现在西北风光条件很好的沙漠、荒漠、戈壁中。如果没有产业就地用氢,就要把氢气运出去。
即便是这样,氢气运输到几百公里之外也很困难,因为氢气不能过隧道,万一在隧道内爆炸,塌方后果是很严重的。
甲醇产业未来在中国的前景一片光明,恰恰是因为中国光伏、风电发展会越来越好,用那些在西北地区消纳不了的绿电生产绿氢的需求会越来越旺盛,绿氢大规模开发、运输、利用将持续利好中国绿色甲醇产业的蓬勃发展。
安阳绿色甲醇项目,突破性地利用了传统工业排放的二氧化碳,又可以利用工业尾气当中的氢气,未来还可以利用绿色能源产生的氢气。
现代煤化工与可再生能源制取绿氢绿氧的技术耦合,在制备甲醇的过程中,每生产1吨甲醇可以消纳约1.375吨CO2。
虽然甲醇汽车“烧甲醇”的时候也会排放二氧化碳,但根据工信部甲醇汽车试点运行数据测算,甲醇车与汽油车相比,能效提高约21%,CO2排放减少约26%。
在尾气污染方面,柴油机容易产生炭烟和氮氧化物,但甲醇燃烧无烟无焰,一般不产生颗粒,基本无炭烟,在清洁排放方面优势明显。
即便甲醇(CH3OH)“含碳”,它在生产和消费环节,都是更为经济、环保、低碳、稳定的能源载体。
太阳能、风能、水能、潮汐能等可再生能源存在间歇性、不稳定性,弃风、弃光、弃水、弃潮现象严重。
但是利用这些能源制氢,与捕集的CO2合成绿色甲醇,既可以解决可再生能源的稳定使用问题,又能把不稳定的电转化为稳定的液态甲醇,实现电的稳定存储。
吉利安阳这样的项目,一方面帮助中国解决更多的工业碳排放问题,另一方面又将帮助中国解决新能源、绿色能源消纳利用的问题。
它站在时代的转折点上,一手帮过去驶向更美好的未来,一手帮明天大规模利用的新技术解除后顾之忧。
工业废气可以做甲醇,二氧化碳可以制甲醇,城市垃圾、秸秆等生物质也可以做甲醇。
在上游能源供给端,作为低碳绿色的液体能源,甲醇将是未来中国新能源电力体系的左膀右臂。就像刘科院士说的:“甲醇是一个取之不尽、用之不竭的能源载体。”
而在下游能源消费领域,吉利不仅突破了甲醇汽车的一些技术瓶颈,还建立了较为完整的零部件配套体系,实现了从小批量试点运行到大规模推广应用的跨越。
中国人利用自己的勤劳和智慧,一步步形成了甲醇产业生态的完整闭环,回答了“煤炭副产品甲醇好不好”的问题,解决了“甲醇能不能替代汽油烧”的难题,创造了“甲醇汽车和加油站能不能搞出来”的标杆和典范,又给出了“甲醇能不能变废为宝、绿色生产、永续生产”的标准答案。
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