“双碳”目标引领下绿氢“搬运工”站上风口

进入“双碳”时代，可再生能源飞速发展。绿氨和绿色甲醇是绿氢的主要消纳途径，更是绿氢的重要储存与运输方式，能够解决氢能储存与运输的难题，促进可再生能源的广泛应用。

《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》明确提出探索开展可再生能源制氢在合成氨、甲醇、炼化、煤制油气等行业替代化石能源的示范。在此背景下，绿氨和绿色甲醇产业迎来了前所未有的发展机遇。目前，绿氨和绿色甲醇产业发展面临哪些挑战？中国石油有何前瞻性布局？能否为能源转型带来新解法？敬请关注。

可再生能源驱动产业发展

绿氨合成技术可分为直接合成与间接合成两大路径。直接合成绿氨技术依赖于外场效应，在较温和条件下实现氨的合成，目前仍处于实验室研发阶段，距离产业化应用尚有显著距离。间接合成技术，即可再生能源电解水制氢后合成氨，利用风能、光能、水能等可再生能源产生的绿电驱动电解水装置制备绿氢，随后结合热催化合成氨工艺生产绿氨。该技术正处于工业示范向工业化转型的关键阶段。绿氨的生产依赖于绿氢，而绿氢通过可再生能源电解水制得。因此，提高电解水制氢的效率和降低成本是绿氨生产技术的关键。

传统的合成氨工艺主要依赖于化石能源，绿氨的合成则要使用绿氢和氮气。因此，开发适用于绿氢的合成氨技术，提高合成效率并降低能耗，是绿氨行业的重要研究方向。绿氨作为能源消纳的重要媒介，已在全球范围内引发广泛关注，其市场需求将持续增长。

绿色甲醇的合成主要有生物质气化制甲醇、绿电驱动下的二氧化碳加氢制甲醇两大路径。前者利用生物质气化提供碳源，并结合绿氢合成甲醇。由于生物质原料供应不稳定，生物质甲醇尚未形成规模化应用。后者直接以二氧化碳和氢气为原料，经过压缩、合成、气体分离、精馏等过程得到甲醇。研究重点在于如何降低空气捕集二氧化碳的成本，提高捕集效率。另外，如何提高这一合成过程的效率、降低能耗，并优化催化剂的使用，从而实现绿色甲醇的高效、低成本生产，是绿色甲醇生产领域的另一个研究热点。

目前，全球已规划超过2600万吨绿色甲醇产能。国外的二氧化碳加氢制甲醇技术已普遍进入中试和工业示范阶段。在国内，该技术起步较晚，大部分处于实验室研究阶段，工业示范阶段的项目较少。

中国石油深耕17年推动行业技术进步

长期以来，中国石油深耕绿氨和绿色甲醇技术研发，不断提升自主创新能力与水平，加快高质量推广应用进程，为建设基业长青的世界一流企业贡献力量。

作为合成氨产业的重要参与者，中国石油年产能达360万吨，位居全国前列，并深耕绿氨催化剂与先进工艺研发领域多年，显著推动了行业技术进步。

早在2007年，中国石油就成功研发出高效Ru/C催化剂，达到了国内领先水平，相比传统的高温高压工艺，显著降低了反应温度和压力以及吨氨能耗。2019年，开发了“铁钌接力催化”氨合成系统，将反应压力降低至12.7MPa，实现了14.5vol%的氨净值，吨氨原料标煤消耗仅为1084千克标煤。在合成氨工艺方面，成功研发并实施了具有自主知识产权的天然气制合成氨工艺。该工艺在宁夏石化的45万吨/年合成氨与80万吨/年尿素大型装置上实现了工业化应用，显著优化了能耗水平，综合能耗指标较传统装置降低了至少10个单位。

尤其是近年来，中国石油积极响应国家绿色低碳发展战略，深度参与国家重点研发计划“可再生能源电解制氢—低温低压合成氨关键技术及应用”，该项目以发展“绿氢-绿氨”新技术为目标，利用光伏制氢技术，结合高活性钌基催化剂，实现低温低压条件下的高效合成氨，氨净值达15%；牵头完成万吨级电解制氢—低温低压合成氨仿真平台的搭建，在此基础上开发完成万吨级电解制氢—低温低压合成氨工艺包，预计将于2025年建成示范装置；鉴于可再生能源电力的非稳态特性，积极探索“储能/储氢+稳态工艺”及“柔性工艺”等绿氨合成解决方案。

其中，石油化工研究院与寰球工程公司共同承担的基础性前瞻性氢能专项课题“安全高效大规模储氢关键技术研究”，聚焦于低温低压条件下合成氨催化剂及柔性工艺的研发，力求解决绿氨生产中电力、氢气与合成氨工艺之间的匹配难题，推动绿氨生产的可持续发展。

在绿色甲醇领域，中国石油进行了前瞻性布局，覆盖从催化剂设计到工艺集成的关键研发环节，取得了阶段性成果。石油化工研究院通过参与国家重点研发计划“基于二氧化碳高效转化利用的关键基础科学问题”，实现了二氧化碳加氢高效转化为甲醇，构建了具有中国石油自主知识产权的二氧化碳加氢制甲醇技术体系。

为满足当前工业生产需求，石油化工研究院还研制了高性能铜基催化剂并配套优化反应工艺。该催化剂在二氧化碳加氢反应中展现出优异性能，二氧化碳单程转化率达22.38%，甲醇收率与选择性分别达到12.65%和99.97%，整体技术水平居同类前列。此外，完成了连续1000小时稳定性测试，并与寰球工程公司合作开展了千吨级工艺包开发。在产业化方面，大庆炼化、玉门油田等多家单位通过整合当地的可再生资源和二氧化碳资源，积极规划绿色甲醇相关项目的示范建设，这意味着绿色甲醇技术将在更广泛的工业领域内实现应用与推广。

规模化应用需战胜技术和成本的挑战

绿氨绿色甲醇产业的大规模推进仍面临多重挑战。其中，最大的挑战在于制备成本较高以及可再生能源供电间歇性波动性与绿氨和绿色甲醇生产稳定性之间的不匹配。随着可再生能源电价的下降与电解槽技术的革新，绿氨和绿色甲醇的生产效率将显著提升，成本有望大幅压缩。

绿氨技术在以下几个方面展现出发展趋势：低温低压催化剂技术的研发、宽负荷适应性柔性合成氨工艺的创新、小型化与分布式生产模式的探索以及多领域应用技术的拓展。

首先，低温低压催化剂技术能够显著降低反应温度和压力，降低能源消耗，与风光发电制氢过程更加匹配，多相催化、电催化、光催化、等离子体催化以及化学链等温和合成氨技术将不断发展。其次，随着宽负荷柔性合成氨工艺的创新开发，系统设计与控制策略持续优化，从而适应可再生能源制氢过程中产生的氢气供应不稳定问题。再次，小型化与分布式合成氨生产模式，以较小的生产规模和模块化的设计为基础，适应海上风电、分布式光伏等分散式的能源系统，实现灵活地部署在消费市场，缩短运输距离。最后，绿氨作为一种清洁、高效的能源载体，应用领域不断拓展。除了传统的化肥及脱硝、制冷等领域，绿氨在清洁燃料与氢能载体方面的应用潜力巨大，有望发挥更为重要的作用。

绿色甲醇的技术路线呈现多样化发展。二氧化碳加氢制甲醇技术尚处于研发与示范初期，急需攻克高效催化剂开发等技术难关以降低生产成本，从而促进其广泛商业化应用。生物质气化制甲醇技术受限于生物质资源的有限性，其规模化应用受限，成本下降潜力较小。

当前，甲醇的应用主要作为基础化学品，随着甲醇燃料电池重卡、船用燃料、氢载体等下游应用领域的快速发展，绿色甲醇的规模化应用也将逐步实现。绿色甲醇有望成为未来能源领域的重要组成部分。（石油化工研究院高级工程师 王月）

延伸阅读

什么是绿氨和绿色甲醇？

绿氨和绿色甲醇是最主要的两类绿氢化学品。绿氢与氮气合成得到的氨，称为绿氨。绿氢和可再生二氧化碳合成的甲醇为绿色甲醇，二氧化碳来自生物质气化或从空气中捕集。尽管后续甲醇燃烧还会产生二氧化碳，但由于碳排放是经过循环捕集来的，所以全生命周期甲醇的碳排放为零。

氨作为现代化工的基础原料，主要用途包括用作制氨水、氮肥（尿素、碳铵）、硝酸、铵盐和纯碱，广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维、塑料、染料、制冷剂等领域。作为清洁能源，未来应用场景包括船用/车用燃料、储氢、掺氨/纯氨发电等领域。

甲醇作为重要的化工产品，通常被用来制造甲醛、醋酸、甲酸甲酯、汽油等下游产品，或作为工业溶剂使用。以绿色甲醇替代化石原料生产基础化学品，可实现化工过程脱碳和固碳。绿色甲醇可以消耗工业刚性排放的二氧化碳；可作为氢能载体，解决氢能制备储存和运输的安全性和成本性问题；在难以脱碳的车用、船用、航空燃料领域，替代传统燃料；作为发电燃料，替代化石能源，降低碳排放。

企业实践

大庆炼化加速推进千吨级绿色甲醇示范项目建设

8月29日，记者获悉，大庆炼化公司为响应国家绿色发展战略，推动产业创新，正全力推进千吨级绿色甲醇示范项目建设。项目以可再生能源为基础，通过电解水制氢和二氧化碳加氢技术，生产绿色甲醇，旨在降低碳排放，促进能源可持续发展。

在能源转型和“双碳三新”发展背景下，大庆炼化秉持绿色发展理念，充分利用地区资源优势，加快提升产业创新能力，持续厚植高质量发展的绿色底色。

绿色甲醇的生产能够充分利用大庆地区丰富的风光资源、生物质资源以及二氧化碳资源，有助于降低企业总体碳排放强度，助推绿色产业发展，提升能源产业链自主可控水平。

在项目实施过程中，大庆炼化开展了风光发电离网电解水制氢工作，以大庆油田风力发电机组和光伏电站为电源，通过自主研发的能源控制系统离网运行，实现真正意义上的“荷随源动”，并将制得的绿氢并入现有氢气管网，为后续的绿色甲醇生产提供原料。同时，大庆炼化与石油化工研究院大庆中心、寰球北京公司、寰球吉林公司等开展合作，依托现有的氢气、二氧化碳、氮气以及公用工程资源，建设二氧化碳加氢制甲醇工业示范装置，实现具有完全自主知识产权的核心工艺技术在该项目应用。

据悉，该项目预计于9月下旬产出首批绿色甲醇。下一步，大庆炼化将与大庆油田深度合作，逐步整合黑龙江地区风光电、生物质等重要资源，依照高附加值绿色化工产品标准构建装置并获取相关认证，充分开发绿色化工项目在新能源发电、降碳减排以及对欧碳税贸易等方面的经济效益和社会效益。（记者 王若欢 通讯员 刘双喜）

寰球北京公司开发系列技术产品线构建绿氨技术新格局

近日，寰球工程有限公司北京分公司宽负荷柔性绿氨成套技术工艺包顺利通过评审，为推动能源行业转型升级和可持续发展作出了积极贡献。

以合成氨为代表的化肥设计项目一直是寰球北京公司的主要业务领域。2004年，公司首次实现大型合成氨技术和大型氨合成塔装备国产化；2011年，公司首次实现天然气制合成氨成套技术国产化，自主技术水平及能耗、物耗等主要技术经济指标达到国际同类装置的先进水平。

2020年，随着“双碳”目标的提出，可再生能源发电及氢能产业发展驶入快车道。通过可再生能源发电制取绿氢和绿氨，是解决风光等波动性新能源消纳难题的重要方式，是我国减少化石能源依赖、保障能源安全的重要路径。

面对市场需求，寰球北京公司在集团公司的支持下，成立新能源科技开发创新团队，针对柔性需求，把脉式分析合成氨工艺流程。在充分考虑安全性、经济性、稳定性的基础上，通过几千次的模拟计算后，团队研究开发出创新的工艺流程和先进控制系统，从而实现合成氨负荷快速、自动调节，解决了合成氨负荷调节中多变量、强耦合、大时滞等问题。

通过4年的自主研发、持续创新以及对市场需求的精准把握，寰球北京公司结合创新团队开发的风光氢储氨一体化调度技术、变负荷控制技术等，成功打造了一系列具有行业领先地位的技术产品线。

此外，公司合成氨科创团队与中国石油石油化工研究院、福州大学等深度合作，在低温低压合成氨工艺、电氨氢能源转化、海上绿氨平台建设、电化学合成氨等前沿技术领域持续攻关，不断探索，为中国合成氨技术走上国际领先水平作出了不懈努力。（通讯员 陈胜彬 唐硕 孙亚南）