绿色甲醇:碳中和的另一条道路( 三 )


因其具有以上优点 , 甲醇可以通过罐车、管道高效率的输送 。 在中国西气东输管道已经建成 , 成本中比例较大的土地费用已经支付 , 相同的能量密度下 , 甲醇只需要一条直径为天然气输气管六分之一的管道即可长距离输送 。在相同管径下 , 输入甲醇的总能量是天然气的36倍 , 且输送成本远低于气体输送 。
如图4所示 , 中国现有的甲醇生产主要依赖煤炭 , 生产1吨产品需要排放3.5吨-4.0吨二氧化碳 。 主要的排放来源是制氧用的高能耗空分装置和调节CO和氢气比例的水气变换单元 。
图4 传统的煤制甲醇工艺路线
结合上文提到 , 因为风能和太阳能成本已经相当低了 , 许多人认为可以用西部的可再生电能去电解水制氢、制氧 , 把氧气排空 , 把氢气拉到东部来开车 。 这一愿景很美妙 ,但氢气既不好储存 , 也不易运输 , 罐车运输氢气超过一定量 , 一些隧道都不能过 。
甲醇是良好的储氢载体 , 将风能和太阳能以液体的绿色甲醇形式存储 , 可解决氢气储运的问题 。 如果利用西部地区已建成的煤化工厂 , 接受来自于可再生能源的氧气和氢气 , 即可使甲醇的生产向绿色倾斜 。
如图5所示 , 我们团队提出的绿色甲醇制备路线 , 主要特征在于 , 使用太阳能和风能电解水产生绿氢和绿氧 , 精简掉了空分和水气变换工艺单元 , 传统甲醇生产设施只需进行改造翻新即可用于制取绿色甲醇 。 这里 , 绿色甲醇指的是 , 在生产过程将太阳能和风能这类绿电以甲醇化学能的方式储存下来 , 而且甲醇生产工艺及公用工程基本不排放二氧化碳 。
图5 绿色甲醇工艺路线
有煤、有太阳、有风的西部多数位于海拔1500米的地区 , 西气东输的管线已经建成 , 而修管线最贵的是征地和立项;如果西气东输的管线已经有了 , 根据图3的质量能量密度与体积能量密度关系图 , 甲醇每立方米体积能量密度是4300千瓦时/立方米 , 天然气每立方米只有10千瓦时;用西气东输六分之一的管径的小管子就可输送与西气东输同样的能量 。
此外 , 东西部的海拔差 , 液体可以自动流到东部沿海城市 。 在“双碳”的要求下 , 今后既然储电成本尚高 , 还存在一定的瓶颈 , 那可以把多余的、便宜的风能太阳能电解水制氢制氧 , 仅利用一点点碳 , 把太阳能风能转成绿色的液体进行利用 , 液体是人类最好的能源载体 。
绿色甲醇无论在任何场景应用 , 都将是绿色 , 无碳排放的 。 如图6所示 , 甲醇汽车使用甲醇路线 。 第一 , 甲醇内燃机就已经成了绿色能源 。 吉利等生产的甲醇内燃机车技术已相当成熟 , 今天西安、贵阳等十几个城市的公共汽车、营运车都使用甲醇作为燃料 , 开了好几年 , 没有任何问题 。 第二 , 可以做绿色甲醇-电混合动力 , 就如比亚迪的唐DM-i , 油电混合动力百公里油耗为5升左右 。 而使用绿色甲醇-电混合动力的话 , 汽车的碳排放就大幅度降低 。 第三 , 当燃料电池成本足够便宜了 , 车上装绿色甲醇 , 通过车载甲醇在线制氢 , 氢气通过燃料电池发电 , 电再为车辆提供动力 , 1升甲醇制氢气是1升液氢的两倍 。
绿色甲醇:碳中和的另一条道路
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图6 汽车上甲醇使用路线
如图7所示 , 为甲醇加注站的示意图 , 通过把现有液体基础设施加油站改造成绿色甲醇加注站 , 可以支持内燃机车、电动车、氢燃料电池车三代汽车的发展 。
人类不应该急于把已建成的液体设施扔掉 , 加氢站的占地面积比现在中石化的加油站占地面积大 。而使用甲醇作为运输工具的燃料 , 可很好地利用现有的燃料加注设备 。 举个例子 , 现有加油站一个罐可先改造为是绿色甲醇储罐 , 其他五个罐仍是汽油 , 再过几年根据需求可以逐渐替代相关油罐为绿色甲醇储罐 , 基础设施得到缓慢发展 , 同一套甲醇装置在现在可以使用内燃机等成熟技术 , 并且可以进一步发展为插电式混动模式 , 在未来还能够支撑氢能与燃料电池等三代汽车的发展 。

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