Прорыв в технологии производства метанола

Недавно первая в Китае пилотная установка масштаба 100 000 мт для улавливания углекислого газа из дымовых газов электростанций и его гидрогенизации для производства метанола успешно прошла 72-часовое непрерывное испытание производительности. Эта веха знаменует собой значительный прогресс в китайской технологии улавливания, использования и хранения углерода (CCUS). Это достижение не только демонстрирует силу технологических инноваций, но и обеспечивает сильную техническую поддержку для достижения целей «двойного углерода». Ниже будет представлен углубленный анализ по трем аспектам: принцип синтеза метанола из водорода и углекислого газа, источники сырья и будущие технологические перспективы.

I. Принцип синтеза метанола из водорода и диоксида углерода

Метанол (CH₃OH) является важным базовым химическим сырьем, широко используемым в пластмассах, синтетических волокнах, красителях, пестицидах, фармацевтике и других областях. Традиционно метанол в основном производится из ископаемого топлива, такого как природный газ или уголь, процесс, который не только потребляет значительные ресурсы, но и генерирует выбросы парниковых газов. Напротив, синтез метанола из водорода и углекислого газа является экологически чистой альтернативой.

Этот процесс основан на принципах каталитической химии, где водород и углекислый газ преобразуются в метанол в условиях высокой температуры и высокого давления с использованием специальных катализаторов. Формула реакции: 3H₂ + CO₂ → CH₃OH + H₂O. Этот процесс не только позволяет эффективно использовать углекислый газ, но и сокращает выбросы парниковых газов, что соответствует концепции устойчивого развития.

II. Источники водорода и углекислого газа в синтезе метанола

1. Источники водорода : Водород, как одно из основных видов сырья для синтеза метанола, имеет различные источники. В современных технологических условиях водород в основном производится путем электролиза воды, риформинга природного газа и газификации биомассы. Среди них электролиз воды является чистым и экологически чистым методом, особенно подходящим для регионов, богатых возобновляемой энергией (например, ветровой и солнечной энергией). Более того, с развитием технологий стоимость производства водорода путем электролиза воды постепенно снижается и, как ожидается, станет основным методом в будущем.

2. Источники углекислого газа : углекислый газ в основном получают из дымовых газов электростанций и промышленных отходов. Например, углекислый газ можно отделить от дымовых газов электростанций с помощью технологии улавливания, а затем использовать для синтеза метанола. Этот процесс не только снижает выбросы углерода электростанциями, но и позволяет эффективно использовать углекислый газ. Согласно данным этого пилотного завода, средний уровень улавливания углекислого газа превышает 95%, а максимальный уровень улавливания составляет более 99%, что демонстрирует высокую эффективность этой технологии.

Синтез метанола с использованием водорода (особенно зеленого водорода, который производится путем электролиза воды с использованием возобновляемой энергии, такой как ветер и солнце) и углекислого газа имеет разрыв в стоимости по сравнению с традиционными методами производства метанола на основе угля или природного газа. Ниже приведен анализ стоимости двух методов синтеза метанола и прогноз того, когда затраты могут сравняться:

III. Стоимость синтеза метанола из водорода и диоксида углерода по сравнению с традиционным производством метанола

Стоимость синтеза метанола из водорода и диоксида углерода

Согласно конкретным расчетам себестоимости, текущая себестоимость производства метанола, синтезированного из водорода и углекислого газа, составляет около 3950 юаней/мт (эта цифра может меняться в зависимости от различных условий расчета и допущений). Среди них затраты на сырье составляют около 85% от общей себестоимости производства, что делает их основными затратами; постоянные затраты составляют около 10%; а затраты на процесс составляют наименьшую долю.

• Стоимость сырья : в основном включает стоимость водорода и углекислого газа. Стоимость водорода зависит от цен на зеленую электроэнергию, в то время как стоимость углекислого газа относительно низкая, но также зависит от процессов улавливания и очистки. Согласно общедоступной информации, стоимость водорода является одной из основных статей расходов в процессе синтеза метанола, тогда как цены на углекислый газ, хотя и колеблются, относительно ниже по сравнению с водородом.

• Стоимость процесса : включает потребление катализаторов, электроэнергии, циркулирующей охлаждающей воды и технологических газов. Производительность катализаторов существенно влияет на селективность метанола и скорость однопроходной конверсии, тем самым влияя на общую стоимость процесса.

• Постоянные затраты : в основном они состоят из расходов на оплату труда, амортизации, административных расходов и расходов на продажу.

Стоимость традиционного производства метанола

Метанол на основе угля: Цена на сырой уголь относительно стабильна, но на нее влияют рыночные отношения спроса и предложения, транспортные расходы и другие факторы. Производство метанола на основе угля — это зрелый процесс, но он сопряжен с высокими выбросами углерода.

Метанол на основе природного газа: Цены на природный газ крайне нестабильны, поэтому стоимость производства метанола на основе природного газа колеблется соответствующим образом.

Стоимость традиционного производства метанола варьируется в зависимости от типа сырья, производственного процесса, амортизации оборудования, затрат на рабочую силу и других факторов. Как правило, стоимость метанола на основе угля составляет около 1953 юаней/т при цене угля 800 юаней/т.

Прогнозирование конвергенции затрат

В настоящее время стоимость синтеза метанола из водорода и диоксида углерода выше, чем стоимость традиционных методов производства метанола. Однако с технологическими достижениями, экономией масштаба, снижением затрат на возобновляемую энергию и улучшением технологии улавливания углерода ожидается, что стоимость синтеза метанола из водорода и диоксида углерода будет постепенно снижаться.

В частности, следующие разработки помогут снизить затраты на синтез метанола:

1. Сокращение затрат на зеленую электроэнергию : с постоянным развитием технологий фотоэлектрической и ветровой энергетики и расширением установленной мощности стоимость зеленой электроэнергии будет продолжать снижаться. Это напрямую снизит затраты на производство водорода, тем самым сократив затраты на сырье для синтеза метанола.

2. Снижение затрат на улавливание углерода : по мере совершенствования и масштабирования технологии улавливания углерода стоимость улавливания диоксида углерода также будет постепенно снижаться, что поможет снизить одну из затрат на сырье для синтеза метанола.

3. Улучшение производительности катализатора : улучшение производительности катализатора увеличит селективность метанола и скорость конверсии за один проход, тем самым снижая затраты на процесс.

4. Политическая поддержка : Политика государственной поддержки новых отраслей энергетики и химической промышленности, такая как налоговые льготы и финансовые субсидии, также поможет в некоторой степени снизить затраты на синтез метанола.

Учитывая вышеперечисленные факторы, ожидается, что в ближайшие годы, под влиянием технологических достижений и снижения затрат, стоимость синтеза метанола из водорода и диоксида углерода постепенно приблизится и потенциально превзойдет стоимость традиционных методов производства метанола. Однако точные сроки зависят от темпов технологического прогресса, силы политической поддержки и изменений рыночного спроса, среди прочих факторов. Тем не менее, несомненно, что с ростом мирового спроса на сокращение выбросов углерода и чистую энергию снижение затрат и широкомасштабное применение синтеза метанола из водорода и диоксида углерода станет необратимой тенденцией.

IV. Перспективы развития этой технологии

1. Политическая поддержка и рыночный спрос : По мере усиления глобального внимания к изменению климата правительства по всему миру вводят политику, способствующую развитию технологии CCUS. Между тем, с истощением традиционных ресурсов ископаемого топлива и растущим осознанием необходимости защиты окружающей среды, рыночный спрос на чистую энергию и низкоуглеродные продукты также увеличивается. Это обеспечивает широкое рыночное пространство для развития технологии синтеза метанола из водорода и диоксида углерода.

2. Технологические инновации и снижение затрат : с постоянным технологическим прогрессом и применением крупномасштабного производства ожидается дальнейшее снижение стоимости синтеза метанола из водорода и диоксида углерода. Например, оптимизация производительности катализатора, повышение эффективности реакции и снижение потребления энергии могут значительно снизить производственные затраты. Кроме того, по мере развития технологии производства водорода на основе возобновляемых источников энергии и снижения затрат стоимость водорода как сырья также значительно снизится, что еще больше подтолкнет развитие этой технологии.

3. Расширение отраслевой цепочки и разнообразные приложения : Помимо того, что метанол является химическим сырьем, его можно дополнительно преобразовывать в другие продукты с высокой добавленной стоимостью, такие как формальдегид, уксусная кислота и диметиловый эфир. Это поможет расширить отраслевую цепочку, повысить ценность продукта и расширить области применения. Между тем, поскольку технология продолжает развиваться, а рынок расширяется, ожидается, что технология синтеза метанола из водорода и диоксида углерода будет применяться и продвигаться в большем количестве областей.

Подводя итог, можно сказать, что технология синтеза метанола водород + диоксид углерода, как экологически чистый и ресурсоэффективный метод химического производства, имеет широкие перспективы развития. В будущем, при политической поддержке, продвижении на рынке, постоянных технологических инновациях и снижении затрат, ожидается, что эта технология будет играть все более важную роль в достижении целей «двойного углерода».

Источник: https://news.metal.com/newscontent/103142845/[SMM-Analysis]-Analysis-of-Breakthrough-in-Methanol-Production-Technology-via-Hydrogenation-of-Carbon-Dioxide-Captured-from-Flue-Gas-at-10000-mt-Scale-Power-Plants