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    “液態陽光”項目

    來源:專精特新公司 作者:專精特新公司 時間:2021年04月09日 04時瀏覽 0

    一、項目背景

    1.項目的實施是國家能源安全的技術保障

    2018年中國原油加工量和石油表觀消費量雙破6億噸,雙雙創下新高,原油凈進口量達4.6億噸對外依存度逼近70%;同時,截至2019年底,全國發電裝機容量201066萬千瓦,同比增長5.8%。其中,火電裝機119055萬千瓦,占總裝機容量的59.2%;水電(35640萬千瓦)、核電(4874萬千瓦)、風電(21005萬千瓦)、太陽能發電(20468萬千瓦)等清潔能源(可再生能源)裝機總容量已達81987萬千瓦,占總裝機容量的40.8%。成為全球可再生能源利用規模最大的國家。

    如何利用可再生能源以替代化石資源,已成為關系我國能源安全與綠色發展的重要課題,而清潔能源又被認為是后疫情時期世界經濟新的增長點。當前,一方面,氫能產業在全世界范圍引起了高度重視,在今年4月國家能源局公布的能源法征求意見稿中,氫能被正式列為能源范疇,作為低碳和零碳能源被視為極具發展潛力的清潔能源。另一方面,甲醇經濟正悄然興起,甲醇作為一種可代替汽油的液體燃料和基礎化工原料,越來越受到重視。2019年,工信部等八個部委聯合發布了甲醇汽車應用的指導意見,進一步推進甲醇經濟的發展。

    2.項目是降低溫室效應的技術支持

    2018年中國二氧化碳排放總量達100億噸,位居世界第一;2020年9月22日,習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上表示中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和。如何實現二氧化碳的減排既是一個社會環境問題,更是更多的科學技術問題。

    3.項目是西部地區可再生能源的高附加值轉化

    近十幾年來,我國充分利用風能、光能優勢,在風電、光伏發電和光熱發電等可再生能源開發利用方面,進行了大量的技術和資金投入,在西部地區的內蒙古、新疆、甘肅及青海等地區,投資幾百億元建設了大量的風電場、光伏發電場和光熱發電場,趟出一條“追風逐日”新路,給企業和地方帶來了巨大的經濟效益。截止2020年11月底,甘肅省裝機容量5521.96萬千瓦,同比增長5.68%。其中:水電裝機954.65萬千瓦,同比增長1.22%;火電裝機2305.27萬千瓦,同比增長9.56%;風電裝機1312.19萬千瓦,同比增長1.55%;光伏發電裝機949.85萬千瓦,同比增長7.22%。由于甘肅及西部地區經濟欠發達,就地消納能力有限,主要靠專用特高壓電網進行外送,受到外部發展的制約因素較多,造成“棄風棄光棄水”現象較為嚴重。如何解決可再生能源的利用率,提高可再生能源的附加值和應用領域是當前西部地區亟待解決的技術問題,經濟問題和社會問題。

    二、項目技術介紹

    1.李燦院士是中科院大連化學物理研究所的研究員,是石投集團院士專家工作站引進的高端人才。

    2.李燦院士及專家團隊的科技成果--液態太陽燃料合成:二氧化碳加氫合成甲醇中試和示范工程項目是石投集團重點科技成果轉移轉化項目,項目總投資1.41億元,自2019年3月開工建設,12月底初步建成;

    3.該項目由10MW的光伏發電、1000Nm3/h(世界最大規模)電解水制氫和1000噸/年的二氧化碳加氫合成甲醇三個單元組成;其核心技術是將不穩定的光伏發電通過先進的催化劑電解水制氫,然后將捕集的二氧化碳再利用高性能的催化劑合成液態的甲醇,其中電解水制氫單元由于采用了先進的催化劑,能耗由5度點降低到4.3度,降低能耗10%以上;二氧化碳加氫合成甲醇單元采用較為廉價的耐候性先進催化劑,選擇性達到98.5%,顯著提高了二氧化碳加氫合成甲醇的收率。

    4.2020年10月15日,由中國石油和化工聯合會(中國石化聯合會)組織包括3名院士在內的12國內行業知名專家對項目進行了鑒定,取得了(電解水制氫催化劑、二氧化碳加氫合成甲醇催化劑和光伏發電-堿性電解水制氫-二氧化碳催化加氫制甲醇耦合)3項完全知識產權的國際領先的先進技術,建成了全球首套規?;ㄇ嵓墸┖铣删G色甲醇示范裝置,為大規模儲存可再生能源、規?;枚趸继峁┝饲袑嵖尚械男录夹g,對催生清潔能源新興產業,推動綠色、生態發展,實現碳中和,具有重要意義。

    三、項目前景

    現階段,影響該示范項目不能進一步推廣的第一個制約因素是:光伏發電成本較大,盡管該示范項目電解水制氫工業由于采用了先進的催化劑,能耗由常規的5.0kwh/Nm3降低到4.3kwh/Nm3,以上網電價0.3元/ kwh計,單位制氫成本約為1.30元,高于天然氣制氫的0.6元和煤制氫的0.8元;隨著光伏發電技術的進步,到2025年光伏發電成本估計為0.15元/ kwh,到2030年中國光伏發電成本可降低至0.1元/ kwh,遠遠低于煤電和核電,二氧化碳合成甲醇的生產成本將略低于煤制甲醇,并為可再生能源的深度開發利用提供更大的應用領域。(合成甲醇每噸需消耗氫氣2320Nm3)

    第二個制約因素是:該示范項目采用全球最大的電解水制氫裝置(1000Nm3/h)對應1000噸/年二氧化碳合成甲醇規?;痉堆b置,1萬噸/年的生產規模需要10臺相對獨立的電解水制氫裝置進行配套,生產規模受到極大的限制,短時間內,技術實現突躍式進步的可能性較小。

    目前,借助中國發展氫能、燃料電池政策的東風,建議一是在我省可再生能源聚集地布局氫能產業示范區,以液氫和高于壓縮氫氣的形式,為衛星發射及火箭試驗、氫燃料電池車、精密電子工業和化工制造等提供高附加值的產品;借助未來中國二氧化碳減排征稅、碳中和政策,建議二是在我省煤制甲醇、焦炭生產聚集區布局二氧化碳合成甲醇產業示范區,開發生產甲醇燃料。

    甲醇一方面可以基礎化工原料和民用燃料、車船用燃料(M15~M100),另一方面,鑒于大連化物所的MTO(甲醇制烯烴技術)進一步推廣和相關合成技術的完善,在不遠的未來,液態陽光甲醇可替代石油,在合成所有人類所需的化工產品同時,達到碳中和,減少溫室效應,構建幸福美好和諧地球家園的愿景。


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