近日,四平吉电绿氢能源有限公司梨树风光制绿氢生物质耦合绿色甲醇项目环评公示文件显示:该项目生物质气化工艺改为:生物质炭化→生物煤→成熟的煤气化制甲醇工艺;
本文以【含税送到价为4500元/吨、含税运费300元/吨】作为核算基础,对以下三种工艺进行对比分析:
工艺路线一
完全以生物质气化的合成气作为制取甲醇的原料,配置变换单元调整氢碳比,不耦合绿氢。
(该路线需配套空分)
该路线的甲醇成本,主要集中在生物质原料的采购商,因此,原料丰富且价格低廉的地域,更适合采取路线一。按照行业通用的计算模型,其成本和利润如下:
■ 若原料400元/吨,则成本2784元/吨,利润为1064元/吨。
■ 原料600元/吨,则成本3396元/吨,利润为462元/吨。
■ 原料750元/吨,则成本3855元/吨,利润几近于0。
综合来看,采用路线一,其项目变换单元将产生大量生物CO2排空,势必造成生物碳资源的浪费。但同时需要注意的是,绿氢成本较高的地域,采取路线一,可有效控制成本。
工艺路线二
将生物质气化作为原料,耦合风光电解水绿氢,取消变换单元,实现生物CO的充分利用。同时使用适应高CO2含量的甲醇合成催化剂,未参与反应的CO2外排。
(为保证汽化炉稳定,也应配套小规模空分)
在绿氢1元/标方的情境下,采取路线二时,不同生物质价格对应的甲醇成本、利润如下:
■ 原料400元/吨,则成本2978元/吨,利润847元/吨。由于成本的关系,生物质原料价格较低时,应优先考虑路线一
■ 原料600元/吨,则成本3302元/吨,利润529元/吨。这时,路线二已具备成本优势,但利润仍不算高。
■ 原料750元/吨,则成本3545元/吨,利润290元/吨。相比之下,路线一在此种情境下几乎不盈利。
在生物质600元/吨的情境下,不同绿氢成本对应的甲醇成本与利润如下所示。
■ 如果绿氢低至0.8元/标方,则甲醇成本3101元/吨,利润726元/吨。利润尚可接受。
■ 如果绿氢1元/标方,则甲醇成本3302元/吨,利润529元/吨。利润水平较低。
■ 当绿氢达到1.5元/标方,则甲醇成本3804元/吨,利润35元/吨。路线二在此种情境下已经几乎没有利润。可见4500元/吨的绿色甲醇售价,对于大部分绿色甲醇项目是难以接受的。
即使是耦合绿氢,取消了变换单元的路线二,也需要外排一定量的CO2。一方面对于宝贵的生物碳资源是浪费,另一方面也影响了甲醇产能。当生物质原料较贵或资源较少,而绿氢价格足够低的情况下,就可以考虑选择路线三。
工艺路线三
在路线二的基础上,额外增加CO2和绿氢合成甲醇单元,实现生物基CO2的完全利用和甲醇产能最大化。也可以选择增加CO2电催化还原单元或CO2逆水煤气变换(RWGS)单元,将生成的合成气返回甲醇合成单元,以最大化甲醇产能。
在绿氢成本较低的区域,则可以使用路线二,耦合风光电解水绿氢,取消变换单元,实现生物CO的充分利用。同时使用适应高CO2含量的甲醇合成催化剂,一定程度上增加甲醇产能。未参与反应的CO2外排。
相较于路线二,路线三的特点如下:
■ 绿氢1元/标方,生物质气化副产CO2(压缩、储存等成本按照100元/吨估算)和绿氢,在单独的甲醇合成单元制绿色甲醇的成本为3166元/吨,已经和路线二的绿色甲醇成本3140元/吨(利润688元/吨)非常接近。也就是说,绿氢1元/标方,生物质原料500元/吨情境下,装置副产生物基CO2和绿氢单独制绿色甲醇已经具备了可行性。
综上所述,经过对三种工艺路线下,不同成本及利润的对比,绿色甲醇行业尤其是制备企业若想取得长足发展,应注意以下问题:
1. 绿色甲醇项目在当前的含税送到价4500元/吨和含税运费300元/吨的条件下,普遍面临较低的利润空间。考虑到成本和利润的计算通常基于理想状态,为增强项目的风险抵御能力,建议绿色甲醇的售价应达到5000元/吨至6000元/吨,以确保项目的合理利润。
2. 在生物质资源较为丰富且风光绿电成本较高的地区,建议优先考虑采用全生物质气化技术生产绿色甲醇,以有效降低生产成本。而在生物质和风光资源都较为丰富的地区,建议优先发展生物质气化与绿电绿氢耦合制甲醇项目,以实现资源的最优利用。
3. 随着绿氢成本的降低,当其降至1元/标方,而生物质原料价格超过500元/吨时,绿色甲醇项目应考虑建立独立的CO2和绿氢制甲醇装置。这样不仅可以充分利用生物CO2,增加甲醇产能,还能避免增加甲醇的生产成本。
4. 生物质原料作为一种低价值产品,其运输成本在总成本中占有较大比重。因此,合理规划甲醇项目的规模至关重要,以确保在经济的运输半径内能够获得充足的生物质原料供应。
5. 随着技术进步和规模化生产,中国风电和光伏绿电成本有望进一步降低。预计在未来3至5年内,东北、内蒙古、甘肃、宁夏、青海等绿电资源丰富的地区,1元/标方的绿氢成本将成为常态。在这种情况下,结合生物质气化技术、风光资源以及绿氢合成的甲醇生产方案将逐渐成为主流,实现绿色甲醇产能的最大化和成本的最优化。
6. 绿色甲醇项目在选址时,除了考虑资源的可获得性,还应考虑政策支持和市场潜力。选择政策环境良好、市场需求旺盛的地区,将有助于项目的长期稳定发展。