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行业资讯

e-甲烷:::Power-to-X在难电气化工业脱碳中的首选蹊径

沼气净化

功夫:::2024-07-19 11:57:26 起源:::本站 点击:::1540次

随着“双碳”战术的执行,,绿氢正急剧发展,,并在工业和能源领域阐扬重要作用,,尤其对于难以减排的行业。。同时,,Power-to-X(电力多元转换)以绿氢为重要蹊径,,也成为关键发展方向。。


Power to X,,即电解水制氢,,将绿色电子,,转化为易于存储和输送的绿色分子,,如氢气,,并通过与N2或者CO2反映天生氨或者甲烷等碳氢化合物,,用作燃料或原料。。X通常指电子燃料,,例如e-甲醇,,e-甲烷,,e-氨。。

电解水制氢的发展源于两个关键层面:::第一,,能源维度,,接力氢分子,,将绿氢转化为碳氢或氮氢燃料,,供能源利用;;;第二,,原料维度,,氢是氨和甲醇出产的关键原料,,用于氨/化肥和甲醇/烯烃工业的脱碳。。

相较作为传统化工大量品的甲醇和氨,,作为天然气重要成分的甲烷在能源领域拥有显著优势。。绿氢转化为e-甲烷的优势在于其可能利用现有宽泛的天然气管网和储气设施,,具备壮大的实用性和扩大性;;;利用天然气的能源属性,,合用于多个难以减排的行业,,如钢铁、玻璃、造纸和海运;;;与电力输送相比,,此技术无需进行重大基础设施刷新或新建,,更切合3060达峰和中和指标,,同时具备更急剧、更可行的特点,,并两全绿色和安全考量。。

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e-甲烷市场潜力巨大,,全球天然气市场规模达4万亿立方米,,占全球碳排放的14.5%,,相当于40万亿千瓦时能量。。仅代替5%的化石天然气需投资约3万亿人民币。。相比之下,,截至2022年底,,全球甲醇总产能达1.89亿吨,,能量仅仅1万亿千瓦时,,是天然气市场的四极度之一!相比于甲醇和氨,,甲烷的能源化利用场景宽泛,,接受度高,,是难电气化领域最佳脱碳载体。。但目前的项目多集中在甲醇和氨的合成,,重要是市场和投资方对“甲烷”存在肯定的误会。。



误会一:::甲醇比甲烷更具经济性


在探求能源时,,我们该当将电子燃料同时对比统一种化石燃料。。若是e-甲烷必要对比化石天然气,,那么e-甲醇也必要与化石天然气进行比力。。若是e-甲醇值得投资,,e-甲烷也值得投资。。

这些事务背后的原因都与化石LNG价值便宜了有关,,化石LNG既是e-甲烷的竞争敌手,,更是e-甲醇的竞争敌手,,因而,,它们都应与化石LNG做对比。。


在探求能源时,,我们该当将电子燃料同时对比统一种化石燃料。。若是e-甲烷必要对比化石天然气,,那么e-甲醇也必要与化石天然气进行比力。。若是e-甲醇值得投资,,e-甲烷也值得投资。。

有关动态与实证分析

2024/01,,马士基和赫伯罗特Hapag-Lloyd签署了一项名为“Gemini Cooperation”的新持久运营合作和谈,,涉及约290艘船舶,,总容量为340万个集装箱(TEU)。。赫伯罗特也是LNG动力船的支持者。。

2024:::赫伯罗特Hapag-Lloy正在钻研开发电子甲烷e-甲烷项目

2024/06 马士基麦金尼莫勒中心总结一年的钻研后发现:::通过沼气提纯生物天然气和液化来制作LBM(液化生物甲烷)是最经济的选择”

2024/06 漫航观察网,,传闻马士基正与集装箱船舶租赁商洽谈租赁一系列 LNG(液化天然气)双燃料新造船。。此举背后的考量以及潜在影响值得业界深刻探求。。

其实,,早在2023年,,我们就提出过警示:::2023年9月,,马士基与达飞达联手加快航运业脱碳,,达飞订购了大量LNG动力船舶,,曾提出LNG做为过度燃料并遭到马士基否定。。

2024:::达飞和能源公司ENGIE正在钻研一项重要的合作同伴关系,,基于e-甲烷生态系统


这些事务背后的原因都与化石LNG价值便宜了有关,,化石LNG既是e-甲烷的竞争敌手,,更是e-甲醇的竞争敌手,,因而,,它们都应与化石LNG做对比。。


再来看看马士基承购的4000元/吨的绿色甲醇有多贵?

4000元/吨甲醇=0.2元/兆焦=0.72元/kWh

7元/方生物甲烷=0.194元/兆焦=0.7元/kWh

2800元/吨甲醇=0.139元/兆焦=0.5元/kWh

5元/方生物甲烷 =0.139元/兆焦=0.5元/kWh

在绿色燃料里,,蕴含生物燃料在内,,这个价值并不算贵,,但为何船东会青睐生物柴油,,这也凸显了依赖外部市场的绿色甲醇的重大不确定性。。

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当前,,化石LNG价值等热值比低硫燃料油还要便宜,,并且LNG动力船舶碳排放更低,,中期内无需缴碳税。。欧洲LNG市场价值一年多来维持在合理水平,,切合马士基自2023年起头布局LNG船舶船队的趋向。。


1-船公司怎么。?会用由于甲醇是化工品,,就选择甲醇,,而不选择LNG么?


2-如果电子甲烷和电子甲醇的热值成本一致,,并且用户有高温工业热必要脱碳,,他会由于甲醇是化工品就选择甲醇,,而放着厂里的燃气窑炉不用,,刷新一个甲醇窑炉么?


从燃料的角度看,,电子甲醇和电子甲烷都是值得投资的选择。。电子甲烷因其更宽泛的合用性和作为真正的drop-in-fuel燃料比电子甲醇更受欢迎,,除非利用端是“原料”属性,,例如化工甲醇的下游,,好比烯烃、甲醛等等。。


误会二:::甲醇合成耗氢比甲烷低,,能效更高

甲醇的合成过程不仅亏损的氢气量与甲烷相比并无显著优势,,其能效也不定更高。。

CO2+4H2→ CH4(甲烷)+2H2O

CO2+3H2→ CH3OH(甲醇)+H2O

凭据方程式,,1摩尔甲醇只必要3摩尔氢,,而1摩尔甲烷必要4摩尔氢,,所以甲烷没有经济性,,浪费氢。?事实上1摩尔甲烷的热值也比甲醇高得多。。

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如上图,,合成甲醇的理论能效是比合成甲烷略高,,但是:::

  • 合成甲醇:::在250oC/3.5MPa压力,,只有12%的收率;;;单程收率低,,必要循环,,反映工艺复杂,,能耗高。。

  • 合成甲烷:::在非?淼奈露群脱沽α煊蚰谌攘ρ胶舛伎纱锏95%以上,,常温常压(生物法,,高温高压(化学法)均可。。

  • 净了局是甲醇合成的理论能效优势隐没。。

现实上,,甲醇的合成过程复杂,,必要高能耗且反映收率低,,反之,,甲烷的合成在各类前提下可能达到高效能,,其综合能效在仿照和现实项目中显示出不低于甲醇甚至略高的水平(蕴含注入管网或液化为LNG)。。

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误会三:::甲烷比液态甲醇储运成本高好多

相比甲烷,,液态的甲醇在储运方面的确拥有肯定优势,,但这些优势并不极度显著。。甲烷的压缩和液化能耗极低,,大型液化能耗甚至可低至0.25kWh/kg,,仅为产品热值的1.8%;;;小型的液化,,也可低至0.7kWh/kg,,即产品热值的5%。。
首先看一下贮存方面,,对于大规模甲烷的地下存储的成本险些能够忽略不计。。每1立方米天然气一次性投资2-4元就能够存储在地下,,且储气库寿命可达50年!每年充放10次,,性命周期内每方天然气的成本大体为2-4分钱;;;即便每年只充放1次,,性命周期内每方天然气的成本也仅2-4毛钱!与氢的地下存储依赖于适合的盐穴地址分歧,,甲烷/天然气的地下储气地质前提极度易得,,好比枯竭油气田。。并且同样的地下腔体体积,,贮存甲烷的能量比氢高一个数量级(体积能量密度高)。。
进一步,,思考季节性储能方面:::
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能够看出,,从1小时到1000小时的储能时长,,压缩空气储能的度电成本从不到5毛逐步线性增长至靠近3元/度;;;盐穴储氢储能,,度电成本缓慢上涨;;;而地下储e-甲烷的成本险些不随时长变动,,增长极为缓慢,,险些能够忽略——即便在千小时存储周期下,,地下储甲烷的成本也能够忽略不计。。

在运输方面,,陆路方面,,液态天然气LNG的成本为0.45-0.6元/吨/公里,,甲醇约为0.25元左右/吨/公里,,氨0.35元;;;而能量热值方面,,每吨LNG的热值是甲醇的2.5倍,,是液氨的2.67倍。。因而,,LNG在陆路运输成本方面与液态甲醇竞争力相当。。
在管道方面,,天然气管输含税收费情况是0.1487-0.3824元/千方/公里,,即0.015-0.038元/kWh/1000公里;;;纯氢管道运输成本为6.5元/kg/2000公里(纯成本,,不含税和利润,,8000小时利用率),,即0.098元/kWh/1000公里,,是天然气的7倍。。

综合来看,,液态甲烷LNG的储运成本比甲醇并没有太大劣势;;;气态甲烷在管道输送和地下储气库的援手下,,成本已经降低到了可忽略的水平。。

以上分析批注,,只管液态甲醇在储运方面拥有肯定优势,,但液态甲烷(LNG)在成本效益和运输效能上依然是一个竞争力壮大的选择。。

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电子甲烷、甲醇和氨成本对比

  • 甲烷合成:::凭据合成气(CO+H2)甲烷化,,1亿方甲烷产能的等温反映器(含装置、土建、地皮)造价为1亿元,,折合1400元/吨/年产能,,对于CO2+H2甲烷化成本增长一倍,,则2,800元/吨/年;;;50万吨电厂CO2捕集总投资3.85亿元,,1吨甲烷必要2.8吨CO2,,则CO2捕集投资折合2,156元/吨甲烷——含碳捕集甲烷化投资为4,956元/吨。。1吨甲烷/年对应1.73kW甲烷,,折合2,864元/kW产品;;;碳捕集/甲烷化约各占50%
  • 合成:::凭据近年来内蒙绿氨登记环评等信息,,10万吨级此外合成氨含空分投资在3000元/吨/年。。1吨氨/年对应0.65kW/年,,折合4,615元/kW产品
  • 甲醇合成:::凭据调研,,10万吨甲醇合成+精馏的投资约2.4亿元,,折合2400元/吨/年产能;;;50万吨电厂CO2捕集总投资3.85亿元,,1吨甲醇必要1.4吨CO2,,则CO2捕集投资折合1,078元/吨甲醇——含碳捕集甲醇投资为3,478元/吨。。1吨甲醇/年对应0.7kW,,折合4,968元/kW产品;;;碳捕集/甲醇合成精馏占比30%/70%   
  • 三者在能效和投资上靠近,,最终单元热值产品的成本也靠近。。
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做为燃料(而非原料),,在CO2成本不高(非空气捉拿)的情况下,,三者的热值成本没有显著差距,,甚至合成甲烷可能略有优势。。

然而,,目前电子燃料在电解水使用电价为0.2元甚至更高的情况下,,以e-甲醇为例出产成本必要3000-4000元/吨(不计CO2成本)。。国内汗青上从未有过甲醇以如此高的价值销售。。相反,,对应的e-甲烷的出产成本为5-7元/方,,天然气用户和加气站司机对这一价值并不陌生。。
就利用远景而言,,对于烯烃,,绿色甲醇是唯一的大幅度脱碳的方式。。因而,,甲醇的方向更多是化工原料而非能源化。。同理,,航空业除使用绿色航煤外别无他法(电动和氢飞机远景不大),,或许甲醇制航煤(副产汽柴油),,可间接实现甲醇能源化。。氨的合成除了绿氢+氮气外,,也没有其它方式,,因而,,绿氨项目常青,,拥有持久发展潜力。。

综上,,只管甲醇和氨在绿氢利用中也占有一席之地,,但在能源领域,,e-甲烷在出产成本靠近的情况下,,其储运便捷,,消纳矫捷,,能源属性方面均具备更强的优势。。

生物天然气:::e-甲烷的重要可再生起源

生物天然气作为电子甲烷(e-甲烷)的重要起源之一,,通常通过将有机废料(如农业残存物、食品废料等)进行生物转化过程而产生。。这一过程通过厌氧发酵产生甲烷气体,,经过处置后得到高纯度的甲烷。。这种甲烷能够被视为一种可再生的天然气代替品,,与传统的天然气在化学成分上根基一致。。

在Power to Gas技术中,,生物天然气中的二氧化碳能够被捕集和利用,,结合由电解水制得的氢气,,通过化学甲烷化反映即可天生电子甲烷。。这一过程有效利用了可再生能源和废料资源,,显著降低了温室气体排放,,推进了能源系统的可持续发展。。

因而,,只管生物天然气自身不直接产生电子甲烷,,但其作为甲烷和CO2的供给起源,,在电子甲烷的出产过程中表演了重要的辅助角色。。



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