進入“雙碳”時代，可再生能源飛速發(fā)展。綠氨和綠色甲醇是綠氫的主要消納途徑，更是綠氫的重要儲存與運輸方式，能夠解決氫能儲存與運輸?shù)碾y題，促進可再生能源的廣泛應(yīng)用。

《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》明確提出探索開展可再生能源制氫在合成氨、甲醇、煉化、煤制油氣等行業(yè)替代化石能源的示范。在此背景下，綠氨和綠色甲醇產(chǎn)業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機遇。目前，綠氨和綠色甲醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨哪些挑戰(zhàn)？中國石油有何前瞻性布局？能否為能源轉(zhuǎn)型帶來新解法？敬請關(guān)注。

可再生能源驅(qū)動產(chǎn)業(yè)發(fā)展

綠氨合成技術(shù)可分為直接合成與間接合成兩大路徑。直接合成綠氨技術(shù)依賴于外場效應(yīng)，在較溫和條件下實現(xiàn)氨的合成，目前仍處于實驗室研發(fā)階段，距離產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用尚有顯著距離。間接合成技術(shù)，即可再生能源電解水制氫后合成氨，利用風能、光能、水能等可再生能源產(chǎn)生的綠電驅(qū)動電解水裝置制備綠氫，隨后結(jié)合熱催化合成氨工藝生產(chǎn)綠氨。該技術(shù)正處于工業(yè)示范向工業(yè)化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段。綠氨的生產(chǎn)依賴于綠氫，而綠氫通過可再生能源電解水制得。因此，提高電解水制氫的效率和降低成本是綠氨生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的合成氨工藝主要依賴于化石能源，綠氨的合成則要使用綠氫和氮氣。因此，開發(fā)適用于綠氫的合成氨技術(shù)，提高合成效率并降低能耗，是綠氨行業(yè)的重要研究方向。綠氨作為能源消納的重要媒介，已在全球范圍內(nèi)引發(fā)廣泛關(guān)注，其市場需求將持續(xù)增長。

綠色甲醇的合成主要有生物質(zhì)氣化制甲醇、綠電驅(qū)動下的二氧化碳加氫制甲醇兩大路徑。前者利用生物質(zhì)氣化提供碳源，并結(jié)合綠氫合成甲醇。由于生物質(zhì)原料供應(yīng)不穩(wěn)定，生物質(zhì)甲醇尚未形成規(guī)模化應(yīng)用。后者直接以二氧化碳和氫氣為原料，經(jīng)過壓縮、合成、氣體分離、精餾等過程得到甲醇。研究重點在于如何降低空氣捕集二氧化碳的成本，提高捕集效率。另外，如何提高這一合成過程的效率、降低能耗，并優(yōu)化催化劑的使用，從而實現(xiàn)綠色甲醇的高效、低成本生產(chǎn)，是綠色甲醇生產(chǎn)領(lǐng)域的另一個研究熱點。

目前，全球已規(guī)劃超過2600萬噸綠色甲醇產(chǎn)能。國外的二氧化碳加氫制甲醇技術(shù)已普遍進入中試和工業(yè)示范階段。在國內(nèi)，該技術(shù)起步較晚，大部分處于實驗室研究階段，工業(yè)示范階段的項目較少。

中國石油深耕17年推動行業(yè)技術(shù)進步

長期以來，中國石油深耕綠氨和綠色甲醇技術(shù)研發(fā)，不斷提升自主創(chuàng)新能力與水平，加快高質(zhì)量推廣應(yīng)用進程，為建設(shè)基業(yè)長青的世界一流企業(yè)貢獻力量。

作為合成氨產(chǎn)業(yè)的重要參與者，中國石油年產(chǎn)能達360萬噸，位居全國前列，并深耕綠氨催化劑與先進工藝研發(fā)領(lǐng)域多年，顯著推動了行業(yè)技術(shù)進步。

早在2007年，中國石油就成功研發(fā)出高效Ru/C催化劑，達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，相比傳統(tǒng)的高溫高壓工藝，顯著降低了反應(yīng)溫度和壓力以及噸氨能耗。2019年，開發(fā)了“鐵釕接力催化”氨合成系統(tǒng)，將反應(yīng)壓力降低至12.7MPa，實現(xiàn)了14.5vol%的氨凈值，噸氨原料標煤消耗僅為1084千克標煤。在合成氨工藝方面，成功研發(fā)并實施了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的天然氣制合成氨工藝。該工藝在寧夏石化的45萬噸/年合成氨與80萬噸/年尿素大型裝置上實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，顯著優(yōu)化了能耗水平，綜合能耗指標較傳統(tǒng)裝置降低了至少10個單位。

尤其是近年來，中國石油積極響應(yīng)國家綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略，深度參與國家重點研發(fā)計劃“可再生能源電解制氫—低溫低壓合成氨關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”，該項目以發(fā)展“綠氫-綠氨”新技術(shù)為目標，利用光伏制氫技術(shù)，結(jié)合高活性釕基催化劑，實現(xiàn)低溫低壓條件下的高效合成氨，氨凈值達15%；牽頭完成萬噸級電解制氫—低溫低壓合成氨仿真平臺的搭建，在此基礎(chǔ)上開發(fā)完成萬噸級電解制氫—低溫低壓合成氨工藝包，預(yù)計將于2025年建成示范裝置；鑒于可再生能源電力的非穩(wěn)態(tài)特性，積極探索“儲能/儲氫+穩(wěn)態(tài)工藝”及“柔性工藝”等綠氨合成解決方案。

其中，石油化工研究院與寰球工程公司共同承擔的基礎(chǔ)性前瞻性氫能專項課題“安全高效大規(guī)模儲氫關(guān)鍵技術(shù)研究”，聚焦于低溫低壓條件下合成氨催化劑及柔性工藝的研發(fā)，力求解決綠氨生產(chǎn)中電力、氫氣與合成氨工藝之間的匹配難題，推動綠氨生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

在綠色甲醇領(lǐng)域，中國石油進行了前瞻性布局，覆蓋從催化劑設(shè)計到工藝集成的關(guān)鍵研發(fā)環(huán)節(jié)，取得了階段性成果。石油化工研究院通過參與國家重點研發(fā)計劃“基于二氧化碳高效轉(zhuǎn)化利用的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學問題”，實現(xiàn)了二氧化碳加氫高效轉(zhuǎn)化為甲醇，構(gòu)建了具有中國石油自主知識產(chǎn)權(quán)的二氧化碳加氫制甲醇技術(shù)體系。

為滿足當前工業(yè)生產(chǎn)需求，石油化工研究院還研制了高性能銅基催化劑并配套優(yōu)化反應(yīng)工藝。該催化劑在二氧化碳加氫反應(yīng)中展現(xiàn)出優(yōu)異性能，二氧化碳單程轉(zhuǎn)化率達22.38%，甲醇收率與選擇性分別達到12.65%和99.97%，整體技術(shù)水平居同類前列。此外，完成了連續(xù)1000小時穩(wěn)定性測試，并與寰球工程公司合作開展了千噸級工藝包開發(fā)。在產(chǎn)業(yè)化方面，大慶煉化、玉門油田等多家單位通過整合當?shù)氐目稍偕Y源和二氧化碳資源，積極規(guī)劃綠色甲醇相關(guān)項目的示范建設(shè)，這意味著綠色甲醇技術(shù)將在更廣泛的工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)實現(xiàn)應(yīng)用與推廣。

規(guī)模化應(yīng)用需戰(zhàn)勝技術(shù)和成本的挑戰(zhàn)

綠氨綠色甲醇產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模推進仍面臨多重挑戰(zhàn)。其中，最大的挑戰(zhàn)在于制備成本較高以及可再生能源供電間歇性波動性與綠氨和綠色甲醇生產(chǎn)穩(wěn)定性之間的不匹配。隨著可再生能源電價的下降與電解槽技術(shù)的革新，綠氨和綠色甲醇的生產(chǎn)效率將顯著提升，成本有望大幅壓縮。

綠氨技術(shù)在以下幾個方面展現(xiàn)出發(fā)展趨勢：低溫低壓催化劑技術(shù)的研發(fā)、寬負荷適應(yīng)性柔性合成氨工藝的創(chuàng)新、小型化與分布式生產(chǎn)模式的探索以及多領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)的拓展。

首先，低溫低壓催化劑技術(shù)能夠顯著降低反應(yīng)溫度和壓力，降低能源消耗，與風光發(fā)電制氫過程更加匹配，多相催化、電催化、光催化、等離子體催化以及化學鏈等溫和合成氨技術(shù)將不斷發(fā)展。其次，隨著寬負荷柔性合成氨工藝的創(chuàng)新開發(fā)，系統(tǒng)設(shè)計與控制策略持續(xù)優(yōu)化，從而適應(yīng)可再生能源制氫過程中產(chǎn)生的氫氣供應(yīng)不穩(wěn)定問題。再次，小型化與分布式合成氨生產(chǎn)模式，以較小的生產(chǎn)規(guī)模和模塊化的設(shè)計為基礎(chǔ)，適應(yīng)海上風電、分布式光伏等分散式的能源系統(tǒng)，實現(xiàn)靈活地部署在消費市場，縮短運輸距離。最后，綠氨作為一種清潔、高效的能源載體，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。除了傳統(tǒng)的化肥及脫硝、制冷等領(lǐng)域，綠氨在清潔燃料與氫能載體方面的應(yīng)用潛力巨大，有望發(fā)揮更為重要的作用。

綠色甲醇的技術(shù)路線呈現(xiàn)多樣化發(fā)展。二氧化碳加氫制甲醇技術(shù)尚處于研發(fā)與示范初期，急需攻克高效催化劑開發(fā)等技術(shù)難關(guān)以降低生產(chǎn)成本，從而促進其廣泛商業(yè)化應(yīng)用。生物質(zhì)氣化制甲醇技術(shù)受限于生物質(zhì)資源的有限性，其規(guī)模化應(yīng)用受限，成本下降潛力較小。

當前，甲醇的應(yīng)用主要作為基礎(chǔ)化學品，隨著甲醇燃料電池重卡、船用燃料、氫載體等下游應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，綠色甲醇的規(guī)模化應(yīng)用也將逐步實現(xiàn)。綠色甲醇有望成為未來能源領(lǐng)域的重要組成部分。（石油化工研究院高級工程師 王月）

延伸閱讀

什么是綠氨和綠色甲醇？

綠氨和綠色甲醇是最主要的兩類綠氫化學品。綠氫與氮氣合成得到的氨，稱為綠氨。綠氫和可再生二氧化碳合成的甲醇為綠色甲醇，二氧化碳來自生物質(zhì)氣化或從空氣中捕集。盡管后續(xù)甲醇燃燒還會產(chǎn)生二氧化碳，但由于碳排放是經(jīng)過循環(huán)捕集來的，所以全生命周期甲醇的碳排放為零。

氨作為現(xiàn)代化工的基礎(chǔ)原料，主要用途包括用作制氨水、氮肥（尿素、碳銨）、硝酸、銨鹽和純堿，廣泛應(yīng)用于化工、輕工、化肥、制藥、合成纖維、塑料、染料、制冷劑等領(lǐng)域。作為清潔能源，未來應(yīng)用場景包括船用/車用燃料、儲氫、摻氨/純氨發(fā)電等領(lǐng)域。

甲醇作為重要的化工產(chǎn)品，通常被用來制造甲醛、醋酸、甲酸甲酯、汽油等下游產(chǎn)品，或作為工業(yè)溶劑使用。以綠色甲醇替代化石原料生產(chǎn)基礎(chǔ)化學品，可實現(xiàn)化工過程脫碳和固碳。綠色甲醇可以消耗工業(yè)剛性排放的二氧化碳；可作為氫能載體，解決氫能制備儲存和運輸?shù)陌踩院统杀拘詥栴}；在難以脫碳的車用、船用、航空燃料領(lǐng)域，替代傳統(tǒng)燃料；作為發(fā)電燃料，替代化石能源，降低碳排放。

企業(yè)實踐

大慶煉化加速推進千噸級綠色甲醇示范項目建設(shè)

8月29日，記者獲悉，大慶煉化公司為響應(yīng)國家綠色發(fā)展戰(zhàn)略，推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，正全力推進千噸級綠色甲醇示范項目建設(shè)。項目以可再生能源為基礎(chǔ)，通過電解水制氫和二氧化碳加氫技術(shù)，生產(chǎn)綠色甲醇，旨在降低碳排放，促進能源可持續(xù)發(fā)展。

在能源轉(zhuǎn)型和“雙碳三新”發(fā)展背景下，大慶煉化秉持綠色發(fā)展理念，充分利用地區(qū)資源優(yōu)勢，加快提升產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力，持續(xù)厚植高質(zhì)量發(fā)展的綠色底色。

綠色甲醇的生產(chǎn)能夠充分利用大慶地區(qū)豐富的風光資源、生物質(zhì)資源以及二氧化碳資源，有助于降低企業(yè)總體碳排放強度，助推綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升能源產(chǎn)業(yè)鏈自主可控水平。

在項目實施過程中，大慶煉化開展了風光發(fā)電離網(wǎng)電解水制氫工作，以大慶油田風力發(fā)電機組和光伏電站為電源，通過自主研發(fā)的能源控制系統(tǒng)離網(wǎng)運行，實現(xiàn)真正意義上的“荷隨源動”，并將制得的綠氫并入現(xiàn)有氫氣管網(wǎng)，為后續(xù)的綠色甲醇生產(chǎn)提供原料。同時，大慶煉化與石油化工研究院大慶中心、寰球北京公司、寰球吉林公司等開展合作，依托現(xiàn)有的氫氣、二氧化碳、氮氣以及公用工程資源，建設(shè)二氧化碳加氫制甲醇工業(yè)示范裝置，實現(xiàn)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核心工藝技術(shù)在該項目應(yīng)用。

據(jù)悉，該項目預(yù)計于9月下旬產(chǎn)出首批綠色甲醇。下一步，大慶煉化將與大慶油田深度合作，逐步整合黑龍江地區(qū)風光電、生物質(zhì)等重要資源，依照高附加值綠色化工產(chǎn)品標準構(gòu)建裝置并獲取相關(guān)認證，充分開發(fā)綠色化工項目在新能源發(fā)電、降碳減排以及對歐碳稅貿(mào)易等方面的經(jīng)濟效益和社會效益。（記者 王若歡 通訊員 劉雙喜）

寰球北京公司開發(fā)系列技術(shù)產(chǎn)品線構(gòu)建綠氨技術(shù)新格局

近日，寰球工程有限公司北京分公司寬負荷柔性綠氨成套技術(shù)工藝包順利通過評審，為推動能源行業(yè)轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展作出了積極貢獻。

以合成氨為代表的化肥設(shè)計項目一直是寰球北京公司的主要業(yè)務(wù)領(lǐng)域。2004年，公司首次實現(xiàn)大型合成氨技術(shù)和大型氨合成塔裝備國產(chǎn)化；2011年，公司首次實現(xiàn)天然氣制合成氨成套技術(shù)國產(chǎn)化，自主技術(shù)水平及能耗、物耗等主要技術(shù)經(jīng)濟指標達到國際同類裝置的先進水平。

2020年，隨著“雙碳”目標的提出，可再生能源發(fā)電及氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展駛?cè)肟燔嚨馈Ｍㄟ^可再生能源發(fā)電制取綠氫和綠氨，是解決風光等波動性新能源消納難題的重要方式，是我國減少化石能源依賴、保障能源安全的重要路徑。

面對市場需求，寰球北京公司在集團公司的支持下，成立新能源科技開發(fā)創(chuàng)新團隊，針對柔性需求，把脈式分析合成氨工藝流程。在充分考慮安全性、經(jīng)濟性、穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，通過幾千次的模擬計算后，團隊研究開發(fā)出創(chuàng)新的工藝流程和先進控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)合成氨負荷快速、自動調(diào)節(jié)，解決了合成氨負荷調(diào)節(jié)中多變量、強耦合、大時滯等問題。

通過4年的自主研發(fā)、持續(xù)創(chuàng)新以及對市場需求的精準把握，寰球北京公司結(jié)合創(chuàng)新團隊開發(fā)的風光氫儲氨一體化調(diào)度技術(shù)、變負荷控制技術(shù)等，成功打造了一系列具有行業(yè)領(lǐng)先地位的技術(shù)產(chǎn)品線。

此外，公司合成氨科創(chuàng)團隊與中國石油石油化工研究院、福州大學等深度合作，在低溫低壓合成氨工藝、電氨氫能源轉(zhuǎn)化、海上綠氨平臺建設(shè)、電化學合成氨等前沿技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)攻關(guān)，不斷探索，為中國合成氨技術(shù)走上國際領(lǐng)先水平作出了不懈努力。（通訊員 陳勝彬 唐碩 孫亞南）