2024中国绿色甲醇产业研究与前景展望

2024ResearchandOutlookofChina’sGreenMethanolIndustry ©2024.1 SixSigma Research 绿色化工|绿色甲醇 绿色化工关键基础性原料，应用前景广阔，双碳背景下新机遇凸显 绿色化工|绿色甲醇 绿色化工关键基础性原料，应用前景广阔，双碳背景下新机遇凸显 甲醇是最为常见、应用场景最为广泛的基础化学品，是生产所有其他化学品的四种关键基础化学品之一，全球年产量超亿吨级；当前甲醇主要以天然气或煤炭为制备原料，作为碳排量巨大的化工行业，其减排降碳势在必行。绿色甲醇以生物质或绿氢加可再生二氧化碳为原料，双碳背景下，作为低碳燃料成为其中短期内最具潜力的需求增长点。 甲醇是生产所有其他化学品的四种关键基础化学品之一；甲醇生产高度依赖化石燃料，是碳排量巨大的化工行业，减排降碳势在必行。在合成工艺上来看，煤制/天燃气制甲醇或是氢气加二氧化碳制取甲醇工艺已十分成熟，电化学等新型高效方式成熟度还较低。 绿色甲醇概念尚无明确界定，绿色甲醇的认定主要取决于原料的可再生属性，绿氢与可再生二氧化碳电制甲醇是未来完全绿色甲醇的主要生产方式。在现阶段，甲醇的下游场景不应过于追求二氧化碳的可再生属性，灰碳的充分利用仍有极为重要的实际意义。 长远期看，绿色甲醇的主力应用场景还是在于作为合成甲醛、制取烯烃的低碳绿色原料等存量更大的传统应用场景而非航运燃料。绿氢与可再生CO2的价格是决定绿色电制甲醇成本高低的首要因素，2050年前后电制绿色甲醇成本有望下降到300-600美元/吨区间。 全球范围来看，各国家及地区关于绿色甲醇的鼓励性政策持续出台，目前国际能源巨头也在积极布局绿醇产业，在全球交通运输业与化工行业低碳转型的大背景下，汽车、船运、甲醇生产等领域的龙头公司不断推动绿色甲醇技术研发和项目落地。 Part Ⅰ 甲 醇 的 简 介 与 产 业 概 况 甲醇是最为常见、应用场景最为广泛的基础化学品，是生产所有其他化学品的四种关键基础化学品之一；当前甲醇主要以天然气或煤炭为制备原料，半数以上的甲醇用于制备甲醛和甲醇制烯烃，作为碳排量巨大的化工行业，其减排降碳势在必行。 甲醇—应用场景广泛的四大关键基础化学品之一，需求结构性改变趋势凸显 甲醇是最为常见、应用场景最为广泛的基础化学品之一，甲醇与乙烯、丙烯和氨是用于生产所有其他化学品的四种关键基础化学品之一，当前，全球范围来看，近三分之二的甲醇会用于生产例如甲醛、乙酸和塑料等其他化学品。甲醇传统的应用领域包括甲醛、MTO/MTP、MTBE、醋酸、二甲醚等。其中，消费领域位列前三的依次是甲醛、MTO/MTP、MTBE；就全球范围的甲醇下游使用需求来看，甲醛是甲醇目前主要的终端用途，占比近30%，多作为生产酚醛树脂与粘合剂及其他有机化学晶体的原料，可应用于建筑、汽车等多个领域。MTO（甲醇制烯烃）是全球仅次于甲醛的甲醇下游用途，在中国，MTO是甲醇下游的第一大需求场景，需求占中国甲醇消费量的60%上下。 近年来，在全球各个主要甲醇生产与消费国家的碳中和、安全生产、传统产能升级等系列政策引导下，甲醇的下游需求结构性改变的趋势不断凸显，甲醇作为燃料的需求占比正在不断上升。 ©2024.1 Sixsigma Research 甲醇的简介与产业概况 全球甲醇需求量巨大，下游应用场景广泛，是最为基础、应用最为广泛的化工原料 甲醇的简介与产业概况 当前甲醇主要以天然气或煤炭为制备原料，半数以上用于制备甲醛和甲醇制烯烃 20世纪20年代出现了煤制甲醇的工业生产，20世纪40年代开始应用天然气生产，化石能源的应用极大地提升了甲醇的产能，全球范围来看，约65%的甲醇由天然气加工生产而得，煤制甲醇约占35%，由生物质和可再生能源制取的甲醇不足1%；在每年生产的亿吨级甲醇中，超60％通过甲醇制烯烃(MTO)途径合成甲醛、乙酸、乙烯和丙烯等化学品，然后通过进一步处理生产成油漆、塑料、建筑材料和汽车零部件等终端产品。 甲醇的简介与产业概况 全球范围看，甲醇贸易属性较强；中国为甲醇产能、消耗第一大国 东北亚地区是全球最大的甲醇生产、消费地区，其中中国是全球最大的甲醇消费与生产国，中国的产能约占全球的58%；除中国外，全球的甲醇集中于伊朗、阿曼、美国等地区，伊朗是除中国外的第二大甲醇产能国，年产能超1300万吨。 当前全球甲醇贸易流通量已超过3000万吨，中东是主要甲醇贸易输出地，而中国、东南亚、西欧则为主要的输入地区。 甲醇的简介与产业概况 中国为全球第一大甲醇生产国与消费市场，目前仍存在一定的供应缺口 中国甲醇产能与进口情况（百万吨） 截止2022年底，全球甲醇产能已经超过1.79亿吨，中国产能已经超过1亿吨，占全球总产能将近58%；中国已成为全球第一大甲醇生产国。同时由于中国拥有极为庞大的工业体系，对于甲醇这一基础化工品的消耗需求巨大，国内的产能无法满足自身的消耗需求，仍需通过进口来填补甲醇的供应缺口，2022年中国甲醇进口量约为1200万吨，价值41亿美元左右。 甲醇的简介与产业概况 甲醇生产高度依赖化石燃料，是碳排量巨大的化工行业，减排降碳势在必行 从生产工艺及原料的角度，伊朗等中东主要甲醇生产国及美国等其他地区的甲醇生产国拥有较为丰富的天然气资源，故多采取天然气制甲醇的技术路线；而中国富煤少气的能源禀赋使得国内的甲醇主要以煤制甲醇为主，占比超80%；大量采用化石燃料制甲醇使得甲醇工业成为碳排放最高的化工行业之一，中国甲醇行业的年碳排量在2亿吨以上，同时又由于甲醇作为若干其他化工品重要的基础原料，甲醇行业成为当前减碳压力最大的化工行业之一。 Part 2 甲 醇 的 分 类 与 绿 色 甲 醇 的 定 义 绿色甲醇概念尚无明确界定，绿色甲醇的认定主要取决于原料的可再生属性，绿氢与可再生二氧化碳电制甲醇是未来完全绿色甲醇的主要生产方式。在现阶段，甲醇的下游场景不应过于追求二氧化碳的可再生属性，灰碳的充分利用仍有极为重要的实际意义。 甲醇的分类与绿色甲醇的定义 绿色甲醇概念尚无明确界定，绿色甲醇的认定主要取决于原料的可再生属性 目前国际上并无明确的“绿色甲醇”的概念界定。甲醇的绿色与否主要取决于甲醇的合成原料—氢气/合成气及二氧化碳的来源。根据国际可再生能源署（IRENA）的建议，可按甲醇的生产原料来源将其分为绿醇、蓝醇、灰醇和棕醇，当原料氢气和二氧化碳的来源均为可再生时，合成的甲醇可以认定为绿醇。其中可再生氢气指可再生能源制取氢气，包括清洁电力电解水制氢、绿色生物质制氢等；可再生的二氧化碳指生物质来源二氧化碳或直接空气捕获二氧化碳。 甲醇的分类与绿色甲醇的定义 绿色电制甲醇将成为长远期全球绿色甲醇供应的主要方式 绿色甲醇中，不同技术路径各有优劣。生物甲醇路线，初期在绿色甲醇需求量不大的情况下，规模化门槛相对较低。但随着长期清洁电力成本的不断下降，以电力成本为主要生产成本的电制甲醇路线有望实现绿色甲醇制备的最低水平。同时由于生物甲醇路线面临的原料供应、传统设备升级困难等问题的影响，绿色电制甲醇将成为全球绿色甲醇供应的主要方式。 甲醇的分类与绿色甲醇的定义 可再生氢气：绿氢不断渗透成确定性主流制氢路径，电解水制氢等技术日趋成熟 据IEA预测，2030年全球氢气产量将达1.8亿吨，较2021年实现翻倍；其中增量产量将主要由电解水制氢提供。电解水制氢产量将由2021年的4万吨级大幅升至6170万吨；耦合CCUS的化石燃料制氢产量将从2021年的60万吨增至3300万吨，清洁制氢方式将成为主流。 ALK、PEM、SOEC、AEM等不同制氢路径各具优势，其中ALK最为成熟，已应用于大规模制取绿氢场景；PEM、SOEC、AEM等细分路径技术不断迭代升级，绿氢起量势头强劲。 甲醇的分类与绿色甲醇的定义 可再生碳源：捕获成本过高、成熟度低，中短期内难以供应大规模的绿色甲醇制备 电制甲醇的另一大关键原料是二氧化碳，根据IRENA的划分，只有生物质与直接碳捕（DAC）而得的二氧化碳制取的甲醇才可认定为绿醇。直接碳捕目前面临的首要问题是碳捕成本过高，由于直接碳捕面向的是分布式、低浓度碳源，使得其工作过程的能耗巨大，成本高昂，目前直接碳捕的成本约为200-250美元/吨，远高于煤化工、天然气等集中碳源20-40美元/吨的水平。另一方面，二氧化碳是合成甲醇的重要原材料，一吨甲醇需消耗700-800立方米的二氧化碳，即1.37-1.56吨的二氧化碳，但当前全球直接碳捕的二氧化碳捕获量尚不足万吨，且相关的技术成熟度较低，液态、固态、电化学等吸附材料与变温、变湿、变压等工艺尚未成熟定型，中短期内难以供应规模化的绿色甲醇制备。 www.6sigmacapital.com 甲醇的分类与绿色甲醇的定义 绿醇标准过高，政策宽松势头凸显，灰色二氧化碳的充分利用对碳中和仍有重要意义 二氧化碳净排放量（GtCO2/年） 政策已有缓和趋势，但绿醇标准仍然较高： 根据IRENA的最新能源展望数据，在既定政策条件下，2050年全球仍有34Gt/年的碳排量，二氧化碳排放并无可能在短时间内消除。 考虑到脱碳进程等现实因素，欧盟在针对《欧盟可再生能源指令（REDⅡ）》补充条例中表示，短期内不再强求生物质制甲醇与电制甲醇作为绿色甲醇的唯二方式，而是把可计入欧盟碳排放交易体系、在工业及火电场景中捕获来的不可再生CO2制备的甲醇也可以认定为绿色甲醇，但全生命周期的碳排不得超过28.2克二氧化碳每兆焦。 但值得注意的是： •火电场景碳源只被允许到2035年，而其他不可持续工业场景被允许用至2040年；•碳源必须涵盖在欧盟现行的碳排放计算与交易体系中，没有同等CO2定价系统的国家，工业场景的碳源不被认可；•根据IEA报告显示，使用煤电厂捕捉的二氧化碳和可再生电力制氢生产的甲醇的碳排放达到33.1克CO2/每兆焦，高于欧盟标准，需进一步加以减排措施处理； 可见，当前欧盟对于绿色甲醇的认定标准过于严苛，在实际的碳中和过程下稍显激进，政策端也已出现一定的宽松趋势，我们认为在现阶段，甲醇的下游场景不应过于追求二氧化碳的可再生属性，灰碳的充分利用仍有极为重要的实际意义。 Part 3 绿 色 甲 醇 的 制 备 工 艺 绿色甲醇的制备主要在于绿色氢气与可再生二氧化碳的制备/捕集，二氧化碳加氢合成甲醇工艺已然十分成熟，以热催化法为主。近年来，电化学等新型合成工艺涌现，但尚不成熟。 绿色甲醇的制备工艺 绿色甲醇与传统灰色甲醇在CO2加氢合成工艺上并无太大差别，合成工艺已十分成熟 绿色甲醇与传统灰色甲醇在CO2加氢合成工艺上并无太大差别，绿色甲醇与传统灰色甲醇的区别主要体现在原料的可再生性质上，自20世纪初，德国科学家米塔希与施耐德成功采用CO与H2的合成气制备出甲醇，甲醇的工业化生产就此拉开序幕，此后，世界上几乎全部采用CO、CO2、H2为原料合成甲醇。当前甲醇合成以热催化法为主。近年来，电化学等新型合成工艺涌现，但尚不成熟。 传统的煤制或天然气合成甲醇的完整工艺可分为五个子单元：除硫杂质预处理单元、生产合成气及调整气体组成的重整装置单元、合成气转成甲醇的合成装置、精制粗甲醇的精华单元、平衡工艺单元。 二氧化碳直接加氢制取甲醇工艺以二氧化碳和氢气为原料源头，通过一定的催化反应直接合成甲醇： ©2024.1 Sixsigma Research 绿色甲醇的制备工艺 绿色甲醇与传统灰色甲醇在CO2加氢合成工艺上并无太大差别，合成工艺已十分成熟 Ⅳ甲醇精馏 Ⅰ &Ⅱ粗原料气的制备与净化 合成反应器生产粗甲醇时含一定杂质，常采用精馏提纯。工业上精制有蒸馏和化学处理2种方法。目前粗甲醇精制的主要办法是蒸馏法分离，即有机杂质、水及甲醇的混合溶液根据不同组分挥发度差异。目前，国内外使用合成气制甲醇时主要采用两塔和三塔双效流程实现甲醇精馏。双塔精馏的优点是投资小、建设成本低周期短、操作方便。三塔精馏可进一步降低乙醇含量，使获得的