生物质气化制甲醇

生物质气化制甲醇路线是用农林固体废弃物经气化工艺热解为合成气再进行甲醇合成。其技术原理与煤气化产甲醇路线相近，最大的区别是原料为生物质，在理化性能上与煤炭有一定差异。

生物质气化制甲醇工艺包括原料预处理、气化、甲醇合成和提纯等步骤。

原料预处理是对原料送入气化炉之前以某种方式进行均化处理。

气化是在气化炉内进行，气化炉是原料转化至合成气(包括各种杂质)的高温转化器，其中反应所需的热能通常由一部分纯氧原料提供，也可以通过某种热交换间接提供，气热解为合成气后的主要成分为CO、CO2、H2，要求纤维素碳氢比为1:2，甲醇碳氢比为1:4。

气化步骤结束后，未经处理的粗制合成气需要进行清洁和调节以达到甲醇合成供应商规定的质量水平；合成气经过净化处理后进入到甲醇合成装置，在催化剂的作用下合成甲醇。

在甲醇合成装置内合成的甲醇浓度较低，进入到精馏塔进行分离纯化。

图1 生物质气化制甲醇工艺流程图

生物质甲醇产业链

生物质气化制甲醇产业链上游主要是生物质原料，中游是生物质甲醇合成系统，包括生物质破碎单元、生物质气化单元、甲醇合成单元和甲醇分离纯化单元；下游是生物质甲醇的应用，主要包括化工领域和能源动力领域。

图2 生物质气化制甲醇产业链全景图

2.1生物质原料

据公开资料显示，我国生物质资源年产生量约为34.94亿吨，‌预计2030年我国生物质总资源量将达到37.95亿吨，‌这表明我国生物质资源的数量是相当可观的。‌这些生物质资源包括农业废弃物、‌木材和森林废弃物、‌城市有机垃圾、‌藻类生物质等，‌是可再生能源的重要组成部分。然而，不同生物质原料在水份、热值、灰份等方面有较大的差异，这些差异会影响生物质气化炉热解气化过程的稳定性和效率，从而影响气化炉的选型。

表1 部分生物质原料的物理特性

来源：公开资料

目前，生物质原料供应企业主要是农业、能源和环保类的企业，主要包括江苏大地禾农业科技有限公司、天津德宇生物工程技术有限公司、上海闻基生物科技有限公司，分别供应的生物质原料为稻壳、稻杆、芦竹、秸秆、园林废弃物、林业废弃、工业废渣。

2.2甲醇合成系统

甲醇合成单元产业链主要包括生物质破碎装置、生物质气化炉、甲醇合成器和精馏塔。

2.2.1生物质破碎装置

在生物质原料进入气化炉之前需要对其进行破碎处理，该生物质破碎处理生产线通过链板输送机或抓料机将生物质投入至破碎机，破碎成较小规格物料，再通过皮带输送机输送归堆或生物质气化炉。

图3 生物质破碎工艺流程图

生物质破碎装置主要以机械制造企业和环保企业为主，典型代表企业如下表2。

表2 生物质破碎装置代表企业

2.2.2生物质气化炉

生物质气化是指将生物质原料（木片、锯末、麦秆、稻草等）压制成型或简单破碎加工处理后，送入气化炉中，在欠氧的条件下使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原、重整反应，热解伴生的焦油进一步热裂化或催化裂化成为小分子碳氢化合物，获得CO、H2和CH4等气体，从而得到的合成气。生物质气化主要包括干燥、热解、还原和氧化等步骤。

图4 气化炉反应原理图

气化炉相关的企业主要是能源、环保、机械装备和化工类企业，典型代表为北京清创晋华科技有限公司、太原重工股份有限公司、合肥德博生物能源科技有限公司和中国天楹股份有限公司等企业。

其中，金风绿能兴安盟50万吨绿色甲醇项目的气化炉选择北京清创晋华科技有限公司的生物质气化技术；赛鼎公司-金风科技绿氢制50万吨绿色甲醇项目(一期20万吨)生物质加工及合成气制备装置(EPC)-气化炉成套设备采用的是太原重工股份有限公司气化炉装备；合肥德博生物能源科技有限公司于今年3月份签署了两单生物质气化工程合同；中国天楹股份有限公司是生物质甲醇项目业主方，同时掌握着生物质气化制甲醇技术，拥有一种基于气化炉的生物质制备绿色甲醇的离网系统及方法的发明专利。

表3 生物质气化制甲醇气化炉主要企业

2.2.3甲醇合成器

合成甲醇的反应器，又叫甲醇合成塔、甲醇转换器，由筒体、催化剂支承装置、换热构件和气体分布器等组成。甲醇合成反应是强放热过程，反应温度较高，可用高压、中压.和低压不同的工艺。由于工艺及反应热的移出方法不同，有不同形式的合成塔。按冷却方法分为直接冷却的冷激式和间接冷却的冷管式及列管式合成塔。

甲醇合成塔相关的企业主要包括合成塔技术和合成塔设备相关的企业，典型的合成塔技术企业/单位为上海闻基生物科技有限公司、华东理工大学，其中华东理工大学的甲醇合成反应器技术已广泛应用于甲醇工业生产中，已在上海焦化、兖矿集团（鲁化、国泰、国际、国宏、兖矿榆林、兖矿新疆）、山东华鲁（德州）、陕西神木、南京惠生、永城煤电、临涣焦化、哈尔滨气化、滕州凤凰、江苏索普、延长（榆林煤化、兴化）、云南云天化、重庆万盛、北方华锦等66余家企业应用，设计甲醇总产量达2000万吨/年；典型的甲醇合成塔设备企业包括杭州林达化工技术工程有限公司、山西阳煤化工机械（集团）有限公司等化工企业。

表4 甲醇合成器主要代表企业

2.2.4精馏塔

甲醇精馏塔是一种用于分离和纯化混合液中甲醇的设备。其工作原理基于蒸馏技术，利用甲醇和其他组分（如水、乙醇等）的挥发性和溶解性的差异，通过多次蒸馏和冷凝过程，实现甲醇的纯化。具体过程包括蒸馏、上升蒸汽、冷凝、分馏与收集、回流与再沸等过程。

图5 板式精馏塔结构图

来源：公开资料

甲醇精馏塔的生产企业主要以化工设备企业为主，典型的代表企业包括山西阳煤化工机械（集团）有限公司、江苏锡川化工设备有限公司、江西耐可化工设备填料有限公司和无锡弘鼎华化工设备有限公司等企业；同时也有医疗设备生产企业，典型代表为百育药化设备制造有限公司。

表5 甲醇精馏塔设备代表企业

2.3甲醇应用

甲醇下游应用场景众多，各下游需求互为增减。总体上，甲醇制烯烃、甲醇燃料、甲醛合成为甲醇成为主要的三大下游需求场景。

从未来发展趋势来看，碳中和的大背景下，甲醇作为一种较为清洁、高效的液体燃料，成为甲醇下游最具潜力的需求增长点，可广泛应用于车船用动力燃料或发电供热燃料，甲醇燃料需求稳步上升，是甲醇最突出的新型需求。

2.3.2化工原料

甲醇是最为常见、应用场景最为广泛的基础化学品之一，甲醇与乙烯、丙烯和氨是用于生产所有其他化学品的四种关键基础化学品之一。

据公开资料，当前，全球范围来看，近三分之二的甲醇会用于生产例如甲醛、乙酸和塑料等其他化学品。甲醇传统的应用领域包括甲醛、MTO/MTP、MTBE、醋酸、二甲醚等。其中，消费领域位列前三的依次是甲醛、MTO/MTP、MTBE；就全球范围的甲醇下游使用需求来看，甲醛是甲醇目前主要的终端用途，占比近30%，多作为生产酚醛树脂与粘合剂及其他有机化学晶体的原料，可应用于建筑、汽车等多个领域。

图6 全球甲醇下游需求占比

来源：公开资料

MTO（甲醇制烯烃）是全球仅次于甲醛的甲醇下游用途，在中国，MTO是甲醇下游的第一大需求场景，需求占中国甲醇消费量的56%。

图7 中国甲醇下游需求分布

来源：公开资料

2.3.1能源动力

（1）船用能源燃料

航运约占所有来源的温室气体总排放量的3%，减碳压力巨大，绿色甲醇作为清洁燃料，成为可替代燃料之一。

从船东脱碳规划来看，航运巨头马士基集团率先制定脱碳规划，目标是2050年达到净零碳营运，承诺所有自有新建船舶都将使用碳中和燃料，预计2024年12艘运力为1.6万标箱绿色甲醇为燃料集装箱船舶陆续投入运营；同时中远海运、东海安和、嘉吉和法国达飞业也在布局甲醇燃料船，带动着巨大的绿色甲醇需求。航运业减排成为绿色甲醇产业的积极推动者。

从历年甲醇船舶订单来看，根据DNV AFI数据，2023年全年新增甲醇燃料船舶138艘（不包括甲醇运输船），几乎是2022年35艘订单的四倍；同时，截止2024年6月底，当前替代燃料船舶数量（现有船舶+订单）为1676艘，其中甲醇燃料船舶（现有船舶+订单）共计318个，占比约为19%，显示了绿色甲醇作为清洁、低碳的可替代燃料，开始在航运领域应用。

（2）燃料电池

甲醇燃料电池（DMFC）是指直接以甲醇为燃料，以甲醇和氧的电化学反应将化学能自发地转变成电能的发电技术。它的主要特点是甲醇不经过预处理可直接应用于阳极反应产生电流，同时生成水和二氧化碳，对环境无污染，为洁净的电源。

小结

现阶段，生物质气化制甲醇产业处于初步发展阶段，影响生物质甲醇发展的因素主要主要包括生物质原料的供应、生物质预处理技术和热解气化技术。原料供应受区域生物质富集程度、收集难度以及运输半径等多重因素综合影响，其成本占比高达70%。同时，生物质气化制甲醇对预处理技术和热解气化技术提出了更高的要求，生物质制甲醇气化炉大型化技术有待突破。

从参与的企业来看，其上游原料供应企业主要是农业、能源和环保类企业；中游甲醇合成系统企业主要以环保、机械装备制造、化工类等企业为主；其下游消纳以化工产品生产企业为主，能源动力及航运相关的企业成为新的消纳企业。

从生物质甲醇的需求来看，生物质甲醇整个生命周期不产生多余的二氧化碳排放，随着减碳压力的加大和碳排放机制的不断完善，绿色甲醇的需求将不断地增加，带动着整个生物制甲醇产业链的发展。