甲醇技术在节能减碳领域的重要地位

• 双碳目标下的迫切需求

随着碳达峰、碳中和目标的提出，各行业都面临着巨大的减碳压力。在交通运输领域，传统燃油的使用是碳排放的重要来源之一，据相关统计，我国交通领域碳排放占全社会排放约11%，其中水路运输就占一半以上，约占总量的6.5%，并且水运行业碳达峰还面临诸多挑战。同时，随着我国社会经济体量持续增长以及减污降碳要求下“公转水”进程的不断深化，沿海内河水运规模和能源消耗量仍处于上升通道，碳减排的形势愈发严峻。不仅是交通运输业，像钢铁行业作为能源消耗高密集型行业，是制造业31个门类中碳排放量最大行业，压减粗钢产量成为落实我国碳达峰碳中和目标重要举措；建筑部门同样是耗能和碳排放大户，虽然我国持续推进绿色建筑等举措，但面对庞大的建筑面积总量以及其仍处于增长阶段的现状，降低建筑能耗和推进既有建筑节能改造的压力依旧巨大。在这样的大背景下，各行业急需找到有效的节能减碳手段，而甲醇技术凭借其诸多优势，为众多领域的节能减碳提供了极具潜力的解决方案，其在实现双碳目标的进程中占据着重要地位，成为当下备受瞩目的关键技术之一。

• 甲醇技术的独特优势

甲醇技术之所以在节能减碳方面有着独特优势，首先体现在其来源广泛上。甲醇的生产原料主要是煤炭、焦炉气和天然气等，我国的能源结构特点是“缺油、少气、富煤”，巨大的煤炭蕴藏量可以充分保障甲醇的获取，并且我国开采的煤炭中高硫煤占40%以上，像山西煤炭资源丰富，焦化产业是山西的支柱产业，就能利用焦炉煤气生产甲醇，既减少焦炉煤气的排放，又能形成新的能源产业链。甚至二氧化碳也可收集再生甲醇，从而实现资源的循环利用。

在产能方面，甲醇作为贸易量全球第三大的大宗有机化学品，有着充足的产能，全球90多家甲醇生产设施每年可供应超过1亿吨甲醇，能够满足较大规模的应用需求。

运输便捷也是甲醇的一大优势，甲醇能够在正常环境温度和压力下保持液体状态，不需要低温储存和绝热，相比于液化天然气、氨、氢等需要特殊储存条件的能源，甲醇可以通过现有基础设施以较低成本实现运输和加油，目前在全球120多个港口都有供应，而且可以通过船对船或是岸对船进行加注，是“交货时成本较低的选择”。

其应用方式也多种多样，甲醇既可以作为内燃机的燃料应用在汽车、船舶等交通工具上，像全球最大的甲醇动力船队已经有17艘甲醇双燃料船舶投入使用；还可以作为燃料电池动力船舶的燃料或重整制氢的原料等，在不同的能源应用场景中都能发挥作用。

此外，甲醇的成本相对较低，例如甲醇动力船造价比同规格液化天然气（LNG）动力船低22%，比同规格燃油船舶造价虽高出约10%，但可免征柴油碳税每吨二氧化碳250至450美元。在汽车领域，甲醇汽车燃料费用相较于同款同排量汽油车也能降低48%左右，可为车主节约一半左右的燃油成本。

综上所述，甲醇技术在来源、产能、运输、应用以及成本等多个方面展现出的独特优势，使其相较于其他能源或技术，在助力节能减碳方面有着突出的竞争力。

甲醇技术在不同行业的节能减碳应用

• 交通运输行业

甲醇汽车的发展与作用

我国对于甲醇汽车的研究起步较早，从上世纪 70 年代受欧美国家研发甲醇替代能源汽车影响便开始涉足相关研究工作。历经起步发展阶段（1973-1985），当时国家科委组织、交通部牵头开展 M15 甲醇汽油国家重点科研项目研究，上海大众还在国内首次推出甲醇混合燃料轿车；同步成长阶段（1986-1995），国家多个部门牵头开展不同甲醇比例燃料及对应发动机的研发工作，领域逐步全面；再到引领发展阶段（1997 至今），我国在这一领域的研究持续深入并领先世界，像 2005-2006 年实施 M85 甲醇轻型汽车项目、M100 甲醇汽车及燃料应用 “863” 计划，2009 年成功研发重型甲醇发动机等。

2012-2018 年，工信部牵头组织大规模甲醇汽车试点运行项目，全面验证了甲醇燃料和甲醇汽车应用的环保性、适用性和可靠性。如今，甲醇汽车全产业链技术日趋成熟，国家已出台相关燃料标准，甲醇汽车涉及的发动机技术、电控技术、零部件技术等难点也已攻克。像吉利汽车就在甲醇汽车领域积极探索，其甲醇汽车进行了规模化运行，车型覆盖乘用车和商用车。以贵阳为例，贵阳是全球甲醇燃料和甲醇汽车市场化推广规模最大的城市，每天有 16000 多台甲醇出租车穿梭，每年可替代汽油约 15 万吨。甲醇汽车的发展，对于交通运输行业节能减排降碳起到了有力的推动作用，助力交通领域朝着绿色低碳方向迈进。

甲醇在航运业的应用及成效

在航运业，甲醇作为一种清洁低碳的船舶燃料正受到越来越广泛的关注与应用。国外方面，梅赛尼斯公司是引领甲醇作为船舶燃料发展的先驱，2015 年，其与瑞典轮渡公司 Stena Line 和发动机制造商瓦锡兰公司共同合作，成功改造了全球首艘甲醇动力船舶 Stena Germanica 号，该船长 240 米，宽 29 米，可装载 300 辆轿车和 1300 名乘客，长期在德国基尔港至瑞典哥德堡港运行，每次到港后都会进行甲醇燃料加注。还有梅赛尼斯公司的航运公司 Waterfront Shipping，早在 2016 年就开始运营甲醇动力化学品运输船，截至 2023 年 1 月，已经有 19 艘甲醇灵活燃料船舶投入使用，累计安全运行时间超过 12 万小时，利用其船队运输甲醇的便捷性保障了甲醇作为船舶燃料的稳定供应，向整个航运业展示了甲醇作为船舶燃料的可行性，并且这种船型在洗舱等环节还能实现零废水、零污染，降低成本的同时显著降低运营的碳排放。

国内也有相关应用案例，如 Proman 公司通过其子公司 Proman Shipping 与瑞典油船公司 Stena Bulk 的合资企业 Proman Stena 在中国广船国际订造甲醇动力 49900 载重吨化学品 / 成品油船。从成效来看，甲醇作为船舶燃料，分子不含硫，燃烧后不会产生硫氧化物，能完全满足 IMO 关于硫氧化物排放控制的要求，也不会产生颗粒物，还可通过一些方式控制氮氧化物的排放，与常规燃料相比，最多可以减少 15% 碳排放以及大约 99% 的硫氧化物排放，颗粒物和氮氧化物排放也能显著降低，对于航运业减少硫氧化物、氮氧化物、颗粒物及二氧化碳排放，实现碳减排目标有着重要意义。

• 工业领域

煤制甲醇节能减排应用

在煤制甲醇生产中，采用了诸多先进的节能工艺。例如低温甲醇洗工艺，国外有林德工艺和鲁奇工艺两种流程，二者在基本原理上没有根本区别且技术成熟，但各有特点。林德低温甲醇洗工艺采用高效绕管式换热器，换热效率高，能耗低，不过高效绕管式换热器需要国外设计、国内制造，且在甲醇溶剂循环回路中需设置甲醇过滤器除去固体杂质防止堵塞；鲁奇低温甲醇洗工艺换热器均为管壳式，所有设备可在国内设计和制造，投资可节省，但甲醇溶液循环量相对较大，能耗较高，吸收塔尺寸也较大，系统冷量全部由外部提供，冷量需求量大。国内大连理工大学经过近 20 年研究也开发成功低温甲醇洗工艺软件包并获两项专利，采用六塔流程，与林德工艺相似，但冷量需求比林德工艺高。

从不同工艺的能耗对比来看，像干粉煤气化生产甲醇能源消耗根据余热利用和排渣方式不同有所差异，航天粉煤气化和壳牌煤气化等不同气化技术下，原料煤耗、燃料煤耗、电耗等综合能耗指标各有高低。而选择低温甲醇洗这类先进节能工艺，正是利用其吸收能力大（在低温下对 CO2、H2S、COS 等溶解度大，吸收等量酸性气体时甲醇溶液循环量小，总能耗较低）、选择性好、净化度高（脱硫脱碳后净化气 H2S 含量极低，可防止后续合成工序催化剂中毒，且有效气体损失少）以及操作费用低（甲醇溶液化学稳定性和热稳定性好等）的优势，在减少能源消耗与碳排放上有着实际的良好效果。

甲醇蒸汽余热回收利用

以河南心连心化学工业集团的低温甲醇洗甲醇蒸汽 ORC 余热发电项目为例，我国是全球最大的甲醇生产和消费国，但现有生产制备工艺普遍能耗高、碳排放强度大，并且会释放大量余热。像低温甲醇洗热再生塔（T1604），塔顶出口蒸汽温度 93℃，压力 0.22MPa，主要成分为甲醇，含有 H2S、CO2 等杂质，处理处置成本显著且能源浪费明显，常规的热交换、热泵、余热制冷以及低温冷凝等方式都难以有效回收利用其热量。

而心连心集团开展的这个项目采用了热电转换技术，运用有机朗肯循环（ORC）技术利用热源产生动力和对外输出电能。具体是在甲醇洗热再生塔塔顶甲醇混合蒸汽出口进热再生塔顶冷凝器管路上引出一支路，使塔顶甲醇蒸汽进入 ORC 发电机组的蒸发器中，蒸发器中的液态有机工质通过吸收甲醇蒸汽的热量后转变为高温高压的气态工质，气态工质进入螺杆膨胀机（或透平机）后进行膨胀做功，进而带动发电机旋转做功，实现电能输出。做功后的气态低温低压工质，排出膨胀机进入冷凝器，经冷凝成为液态，通过工质泵增压后再次进入蒸发器，如此往复循环，实现从甲醇蒸汽的热能转化为电能输出，经膨胀机机组膨胀发电后的甲醇蒸汽降温后供后续工艺使用。这一项目对工业领域节能减碳有着重要意义，既提高了能源利用效率，减少了能源浪费，又能降低企业生产成本，助力企业实现绿色低碳发展。

甲醇技术的发展前景与挑战

• 技术创新与规模化发展趋势

近年来，可再生甲醇技术成为了行业内关注与研究的热点，比如生物质甲醇、电制甲醇等，正展现出良好的发展态势。在生物质甲醇方面，其可以利用生物质，像农业、林业以及城市垃圾等废弃物，通过气化技术将这些废弃物转化为合成气，经过净化以及调整比例后便能生产出甲醇。例如山西省赛鼎设计研究院正在建设垃圾、秸秆气化制生物质甲醇装置，预计生产成本与煤制甲醇相当，若充分利用我国每年约 7.5 亿吨的生物质体量，可制取绿色甲醇超过 3 亿吨。

电制甲醇则主要借助可再生电力，像太阳能或风能产生的电能来电解水，进而产生氢气，之后让氢气同捕集的 CO₂发生反应最终制得甲醇。全球首套千吨级规模的太阳燃料合成示范项目已经在兰州成功示范，为电制甲醇的规模化发展提供了实践经验。

当这些可再生甲醇技术有望实现规模化生产后，其在进一步扩大甲醇技术节能减碳影响力方面将发挥重大作用。一方面，随着产量的提升，能够满足更多行业对于清洁低碳甲醇的使用需求，在交通运输领域可助力更多的船舶、车辆使用可再生甲醇作为燃料，替换传统的高碳排能源，从根源上减少碳排放。例如在航运业，如果大量船舶采用生物质甲醇或电制甲醇作为燃料，不仅能减少硫氧化物、氮氧化物、颗粒物等污染物排放，还能实现全生命周期的碳中和，助力整个航运业达成碳减排目标。在工业领域，也可以作为绿色的化工原料，推动工业生产向低碳化转型。另一方面，规模化生产有助于降低成本，提高可再生甲醇在能源市场中的竞争力，吸引更多的企业和行业选择使用甲醇技术来实现节能减碳，形成良好的产业发展循环，让甲醇技术在实现双碳目标的进程中发挥更为关键的作用。

• 面临的制约因素

甲醇技术在推广应用过程中确实面临着一些挑战，首先在成本控制方面，尽管甲醇本身具有一定的成本优势，例如甲醇动力船造价比同规格液化天然气（LNG）动力船低22%，甲醇汽车燃料费用相较于同款同排量汽油车也能降低48%左右，但在一些可再生甲醇的生产上，如电制甲醇，其生产过程中的能耗成本、设备投资等因素导致目前整体成本依然较高。并且，与传统的化石基甲醇相比，可再生甲醇尤其是生物质甲醇的单套装置产能较小（一般为5-10万吨），难以形成大规模的成本摊薄效应。

在基础设施建设上，甲醇作为燃料进行推广时，对应的加注设施还不够完善。以甲醇汽车为例，目前甲醇加注站的数量相较于加油站来说少之又少，这限制了甲醇汽车的大范围使用，很多地区因为缺乏便捷的加注条件，使得消费者即便想选择甲醇汽车也会有所顾虑。在航运业同样如此，虽然甲醇动力船舶在逐渐增多，但能够提供甲醇燃料补给的港口配套设施也有待进一步扩充和优化。

相关政策方面，虽然国家对于绿色低碳发展有整体的目标和一些鼓励政策，但针对甲醇技术在不同行业应用的细化政策还需要进一步完善。比如甲醇汽车在部分省份或城市有政策支持和补贴，但无论是力度与广度都与纯电等新能源车型有较大差距，制约了甲醇汽车的快速推广。在工业领域，对于采用甲醇技术进行节能减排改造的企业，相应的税收优惠、资金扶持等政策也还可进一步细化和加强。

为了应对这些挑战，更好地发挥甲醇技术的节能减碳价值，在成本控制上，需要持续投入研发，开发更高效的生产工艺和催化剂技术，提高甲醇生产效率、降低能耗，同时通过规模化发展来降低单位成本。对于基础设施建设，政府和相关企业要加大投资力度，合理规划布局甲醇加注站以及港口甲醇补给设施，提高其覆盖率和便捷性。而在政策完善方面，政府应出台更具针对性的鼓励政策，例如加大对甲醇技术研发的资金支持、给予甲醇应用项目税收减免、将甲醇汽车纳入更广泛的新能源汽车发展体系并享受同等补贴等，引导和推动各行业积极采用甲醇技术来实现节能减碳目标。