绿色甲醇生产的基本工艺及发展前途研究_期货日报网

  甲醇是最常见、应用场景最为广泛的基础化学品，是生产其他化学品的四种关键基础化学品之一，全球年产量超亿吨。当前，国内甲醇主要以煤炭等为制备原料，生产的全部过程中碳排放量较大。绿色甲醇以生物质或二氧化碳为原料，具有低碳、环保、可再生等特性，正受到慢慢的变多的关注和重视。

  2024年5月29日国务院发布《2024—2025年节能降碳行动方案》（下称《方案》），针对各领域各行业提出了一系列具体措施和目标，旨在推动绿色低碳转型，以实现节能减排和“双碳”战略。针对化石能源领域，《方案》要求严控煤炭消费，同时提升煤炭清洁高效利用。在大气污染防治的关键区域，需要严格执行煤炭消费总量的控制措施，尤其要减少非电力领域的煤炭使用。

  《方案》某些特定的程度上影响了甲醇生产。目前国内甲醇生产依然采用传统的化石燃料，其中煤炭占比超过70%，严控煤炭消费势必影响煤制甲醇这一生产的基本工艺，甲醇生产企业要调整产能、减少对煤炭的依赖，未来甲醇新增产能中煤制甲醇占比将下降。

  根据克拉克森的数据，2023年全球甲醇燃料船订单量达到130艘，与2022年相比，增幅达到202.3%。这一多个方面数据显示了甲醇作为船用燃料的受欢迎程度。在2023年所有燃料船型新订单中，甲醇船舶的占比约为13%（以船舶吨位计，下同）。在替代燃料船型新订单中，甲醇船舶的占比更是高达28%，仅次于LNG燃料船的56%，显示出甲醇作为清洁能源在海运领域的潜力和重要性。

  甲醇作为一种重要的基础化工原料，当前生产依然以传统工艺为主导。传统生产的基本工艺最重要的包含煤制、天然气制及焦炉气制三种形式。基于我国丰富的煤炭资源，煤制工艺在甲醇生产中占据了主导地位，形成了以煤炭为基础的甲醇生产格局。

  煤制工艺依托国内庞大的煤炭储量，通过煤气化技术将煤炭转化为合成气，再经过一系列化学反应和提纯过程，最终合成甲醇。这一工艺不仅技术成熟，而且在成本控制方面有着非常明显优势，为国内甲醇市场提供了稳定的供应源。

  天然气制工艺利用国内和进口的天然气资源，通过蒸汽转化等工艺，将甲烷转化为合成气，进而合成甲醇。尽管天然气制工艺在成本上可能略高于煤制工艺，但其较低的碳排放和清洁的生产的全部过程更符合国家绿色发展和节能减排的政策导向。

  焦炉气制工艺是将钢铁厂炼焦过程中产生的副产品——焦炉气，通过净化和合成转化为甲醇。这种工艺实现了资源的循环利用，减少了废气排放，提高了资源综合利用效率。

  以煤为原料生产甲醇的工艺有以下几步关键流程：第一，气化，在气化炉中，煤炭与气化剂反应，生成以一氧化碳和氢气为主的水煤气；第二，净化，对生成的水煤气进行净化处理，去除杂质，确保后续合成反应顺顺利利地进行；第三，合成，在催化剂的作用下，将净化后的水煤气转化为甲醇；第四，精制，将合成得到的甲醇进一步提纯，以满足多种应用领域对纯度的要求。

  目前，煤制甲醇工艺流程的设计旨在优化资源利用、提高生产效率，并确定保证产品质量，以适应一直在变化的市场需求。随技术的进步和规模的扩大，以煤为原料的甲醇生产正朝着更高效的方向发展。

  随着国家对环保和可持续发展的重视，传统的甲醇生产的基本工艺不断地进行技术革新和升级。例如，通过采用更高效的催化剂、优化反应条件、引入先进的环保处理技术等措施，提高甲醇生产能效和降低环境污染。此外，甲醇产业也在积极探索新的原料来源和生产技术，如生物质制甲醇等，以实现原料多元化和生产的全部过程绿色化。

  我国拥有丰富的生物质资源，占世界生物质资源供应总量的15%左右，且国内生物质资源储量仅次于煤炭。目前，我国已在生物质气化技术领域取得了显著进展，该技术被大范围的应用于供暖、供气、发电等领域。

  尽管在上述领域取得了进展，但我国在利用生物质生产甲醇方面的研究尚处于起步阶段，有待深入开发。目前，我国甲醇生产主要依赖煤炭，煤制甲醇占甲醇总产量的70%以上，天然气和焦炉气制甲醇分别占11%和13%。煤炭虽然是一种成本较低的原料，但其不可再生，且在甲醇生产的全部过程中会产生大量二氧化碳。

  面对全球气候平均状态随时间的变化和可持续发展的挑战，开发非粮食类生物质资源，将其转化为醇类等液体燃料，显得很重要。这不仅仅可以有实际效果的减少对环境的影响，也是推动能源结构转型、实现经济与生态双赢的关键。通过创新技术，将生物质转化为甲醇，能够大大减少对化石燃料的依赖、降低温室气体排放强度，同时促进农业废弃物等生物质的高值化利用。

  生物质制甲醇是将可再生生物质转化为甲醇的化学过程，工艺流程最重要的包含生物质预处理、热解气化、气体净化、气体重整、氢气与一氧化碳比例调节、甲醇合成及分离提纯等步骤。相比煤制甲醇的传统工艺，生物质制甲醇有必要进行生物质原料预处理、气化及气体调节等。

  生物质收集与预处理是生物质能转换的第一步，对确保生物质气化制甲醇过程的顺利进行至关重要。生物质最重要的包含农业废弃物（如秸秆、谷壳）、林业废弃物（如树枝、树叶、锯末）、城市有机垃圾及能源作物等，通常为固体形态，在进行气化前有必要进行预处理，即对收集的生物质进行分类，去除其中的石块、金属、塑料等不可气化物质，防止气化过程中设备损坏。

  生物质气化制甲醇是将一种可再生资源转化为甲醇的有效途径，有助于减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，促进可持续发展。随技术的进步，这一过程的效率和经济性有望进一步提高。

  除使用生物质生产甲醇外，绿色甲醇的生产的基本工艺还包括使用二氧化碳生产甲醇，该工艺最重要的包含三种方式：其一，使用可再生电力电解水制氢，然后与二氧化碳催化反应，形成绿色甲醇；其二，通过电解生产合成气（包含氢气和一氧化碳两种成分），根据传统的甲醇生产方式，将合成气转化为绿色甲醇；其三，将水和二氧化碳直接进行电催化，合成甲醇。第一种是目前最简单也最成熟的合成方式。

  二氧化碳制甲醇是利用可再次生产的能源（如风能、太阳能等）通过电解水产生氢气，再结合二氧化碳合成甲醇的工艺。这种工艺提供了一种途径，将可再次生产的能源转化为化学能源，同时生产甲醇这种有用的化学原料和燃料。

  二氧化碳制甲醇的关键步骤之一是电解水制氢，需要用电解槽，通过可再次生产的能源产生的电力将水分解为氢气和氧气。这样的一个过程通常在酸性或碱性电解质中进行。由于该步骤属于低碳强度且可再生，故产生的氢气被划分至绿氢范畴。将电解出的氢气与二氧化碳进行催化反应，即合成绿色甲醇。

  利用光伏、核能等清洁能源进行水电解，生产氢气，并结合从发电厂或工业设施捕集的二氧化碳，在催化剂的作用下合成甲醇，这一过程用可再次生产的能源生产绿色甲醇，具有深远意义。该技术能够大规模处理并资源化二氧化碳，为实现“双碳”战略提供了一种有效策略。同时，甲醇作为一种理想的储氢介质，具有储氢密度高、运输安全便捷的特点。抵达目的地后，通过与水蒸气重整，可以方便地释放出氢气。整个生产、储存、运输和应用过程安全可靠，技术成熟，为氢能的广泛应用提供了有力支持。二氧化碳制甲醇不仅仅可以促进清洁能源的利用和减少温室气体的排放，且能提高能源的利用效率、推动能源结构的转型，为可持续发展提供切实可行的技术路径。

  用于与氢气合成制甲醇的二氧化碳，目前有两种来源，一是从发电厂或工业设施捕集的工业二氧化碳，二是通过生物质或从空气直接捕集的二氧化碳。

  从空气捕获的二氧化碳包括通过生物质能源碳捕集与储存（BECCS）技术，利用生物质材料吸附大气中的二氧化碳，以及通过空气直接捕集（DAC）技术，从空气中过滤并捕获二氧化碳。DAC技术适用于难以通过工程手段减少排放的领域，它几乎能够在任何地点部署，帮助减少大气中的二氧化碳浓度。

  上述两种二氧化碳捕获方式，都对减少全球温室气体排放、缓解气候平均状态随时间的变化具有非消极作用。同时，它们为甲醇生产提供了可持续的原料选择，有助于构建环境友好型的能源和化工产业。

  在全球积极应对气候平均状态随时间的变化的大背景下，绿色甲醇被视为具有较大潜力的低碳清洁能源。全球甲醇行业协会中国区首席代表表示：“尽管目前全球尚未对绿色甲醇有一个统一的定义，但我认为，如果甲醇的生产的全部过程能利用可再生原料，并且在其整个生命周期中实现极低的碳排放，那么这样的甲醇就可以被定义为绿色甲醇。”

  绿色甲醇凭借其对环境的友好性以及在多个应用领域的广泛适用性，成为全世界能源转型的焦点。加之市场需求的日渐增长、国际社会的积极趋势、各国政府的政策支持和技术的持续进步，绿色甲醇在全世界内掀起了发展浪潮。在国内，绿色甲醇的发展同样受到格外的重视。政策层面的利好因素，加上市场对清洁能源的迫切需求，激发了绿色甲醇产业的快速发展。截至目前，多个绿色甲醇项目完成签约，这些项目不仅体现了我国在绿色甲醇领域的坚定决心，而且展示了我国在推动能源结构转型和实现“双碳”战略方面的积极行动。

  随着项目的实施和投产，绿色甲醇有望在我国能源市场占据逐渐重要的位置。从工业生产到交通运输，从海运到航空，绿色甲醇的应用将为我们国家的经济的可持续发展提供强有力的支撑，同时也将为全球应对气候平均状态随时间的变化挑战贡献中国智慧和中国方案。（作者单位：招商期货）

  期货日报网声明：任何单位和个人，凡在网络上以商业目的传播《期货日报》社有限公司所属系列媒体相关联的内容的，必须事先获得《期货日报》社有限公司书面授权，方可使用。