中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：據(jù)《化學(xué)與工程新聞》近日消息，三井化學(xué)和其他3家日本公司將展示把甲烷轉(zhuǎn)換為氨，并作為裂解裝置主要燃料的可行性。而且他們并不孤單，日本政府和各大公司似乎都發(fā)現(xiàn)了氨的用處。
日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省表示，日本氨消費(fèi)量到2030年將達(dá)到400萬噸。李璐供圖
日本政府積極推動(dòng)
日本計(jì)劃，到2030年，將溫室氣體排放量減至2013年的46%。與許多能源不同，氨在燃燒時(shí)不會(huì)排放二氧化碳。在對(duì)核能持謹(jǐn)慎態(tài)度且當(dāng)?shù)乜稍偕茉吹倪x擇很少的情況下，日本政府認(rèn)為氨是可行的減少溫室氣體排放的能源解決方案。
日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省表示，新政策可能使日本每年氨消費(fèi)量增加兩倍，到2030年達(dá)到400萬噸，到2050年，日本希望將所有燃煤電廠的燃料轉(zhuǎn)化為氨，每年氨消費(fèi)量將達(dá)到3000萬噸。三菱瓦斯化學(xué)公司基礎(chǔ)化工部門總經(jīng)理鈴木伸之表示，“在火力發(fā)電方面，氨可能是日本的救星”。
但直到最近，氨似乎還不是一種前途光明的化學(xué)品。它是一種易燃、有毒的氣體，在日本受到一些安全法規(guī)的監(jiān)管。盡管如此，它仍是主要的化肥和化學(xué)品原料，這意味著化工和航運(yùn)業(yè)的公司知道如何安全處理它。在日本政府慷慨資助的誘惑下，一些化學(xué)公司已著手進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和示范項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目的投資都達(dá)到幾億美元。
氨的吸引力在于富含氫，而且比氫更容易運(yùn)輸，但不是任何氨都是清潔能源。氨是由氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)生成的，氮?dú)馐菑目諝庵刑崛〉模鴼錃馔ǔＪ峭ㄟ^甲烷重整生成的，但這一過程中會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。所謂的清潔氨主要有兩種：一種是綠氨，利用電解水制氫氣，然后由氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)生成氨；另一種是藍(lán)氨，是由傳統(tǒng)的甲烷重整制氫氣，然后由氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)生成氨，制氫過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品二氧化碳被捕集并儲(chǔ)存在地下。
開啟清潔氨項(xiàng)目
日本清潔氨項(xiàng)目已經(jīng)開始起步。2020年，沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司與日本能源經(jīng)濟(jì)研究所合作，從沙特向日本運(yùn)送了40噸藍(lán)氨，以測(cè)試進(jìn)口氨用于發(fā)電的可行性。2021年12月，三菱瓦斯化學(xué)、宇部工業(yè)、住友化學(xué)和三井化學(xué)等公司宣布，計(jì)劃在日本啟動(dòng)清潔氨研究項(xiàng)目。
三井化學(xué)和宇部工業(yè)目前仍在日本生產(chǎn)常規(guī)氨。2015年，三菱瓦斯化學(xué)公司關(guān)閉了新瀉工廠內(nèi)的氨生產(chǎn)裝置，停止了日本國內(nèi)的氨生產(chǎn)，但仍在該工廠生產(chǎn)氨衍生物。2016年，三菱瓦斯化學(xué)公司投資印尼氨生產(chǎn)商PAU，PAU的合成氨工廠2018年開始投產(chǎn)，日本開始進(jìn)口PAU合成氨工廠生產(chǎn)的氨。2021年，PAU開始一項(xiàng)研究，通過捕集生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳的方式將該工廠生產(chǎn)的常規(guī)氨變成藍(lán)氨。
無論他們的生產(chǎn)狀況如何，這4家公司多年來都積累了氨安全生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用方面的專業(yè)知識(shí)。鈴木表示，“我們多年來從事氨冷凍罐和高壓罐的操作和維護(hù)，對(duì)專業(yè)船舶和地下管道的操作也儲(chǔ)備了足夠的知識(shí)。我們與其他3家公司正攜手合作，在日本進(jìn)口、生產(chǎn)和分銷氨方面追求規(guī)模經(jīng)濟(jì)。此外，我們還把目光投向了海外項(xiàng)目，那里的清潔氨生產(chǎn)成本更低。我們希望在2030年前確保有競(jìng)爭(zhēng)力的氨的穩(wěn)定供應(yīng)。而要做到這一點(diǎn)，公司需要建設(shè)更多的基礎(chǔ)設(shè)施來處理氨。例如，當(dāng)每年進(jìn)口50萬噸氨時(shí)，我們至少需要兩個(gè)進(jìn)口終端，而僅為這些終端建儲(chǔ)罐就將花費(fèi)8000多萬美元”。
除了進(jìn)口更多的氨，日本化學(xué)公司也在探索在本土生產(chǎn)綠氫。例如，旭化成公司希望利用剩余的可再生能源制氫。2021年8月，旭化成公司和日揮控股公司啟動(dòng)了一個(gè)項(xiàng)目，展示如何使用10兆瓦的電解水裝置制造氫氣，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在日本或海外的商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。日揮控股公司可持續(xù)發(fā)展項(xiàng)目經(jīng)理表示，“我們的主要目標(biāo)是建一個(gè)強(qiáng)大的系統(tǒng)，幾乎不受發(fā)電波動(dòng)的影響”。
替代裂解爐燃料
除了在發(fā)電廠取代煤炭，氨還可取代甲烷作為裂解爐燃料。裂解爐可將石腦油和其他碳?xì)浠衔锪呀獬墒a(chǎn)品。2月，三井化學(xué)與丸善石化、東洋工程和雙日機(jī)械共同啟動(dòng)了該方案的可行性測(cè)試項(xiàng)目。三井化學(xué)公關(guān)人員表示，“考慮到碳定價(jià)和2030年清潔氨的市場(chǎng)估價(jià)，該技術(shù)具有成本優(yōu)勢(shì)”。
然而，氨并不是甲烷的簡(jiǎn)單替代品。例如，作為裂解爐燃料，它比甲烷燃燒得慢，這是雙日機(jī)械必須考慮到的。雙日機(jī)械是裂解爐燃燒器的設(shè)計(jì)者。
三井化學(xué)公關(guān)人員表示，“這4家公司可在研發(fā)方面貢獻(xiàn)自己的專長(zhǎng)”。這4家公司組成的財(cái)團(tuán)計(jì)劃在三井化學(xué)位于日本大阪的工廠內(nèi)新建一座1萬噸/年的石腦油裂解爐，并在那里進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。該財(cái)團(tuán)稍后將在丸善石化位于日本千葉的工廠建一個(gè)更大的裂解爐進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。最終，三井化學(xué)希望看到該技術(shù)被全國乙烯生產(chǎn)商使用。三井化學(xué)表示，當(dāng)日本乙烯生產(chǎn)商改用氨燃料時(shí)，碳排放量將比現(xiàn)在減少1040萬噸。
研發(fā)制氨新工藝
被氨的潛力吸引的不僅是老牌的日本公司。東京工業(yè)大學(xué)初創(chuàng)企業(yè)Tsubame BHB開發(fā)了一種在更低的溫度和壓力下合成氨的工藝。該公司表示，使用東京工業(yè)大學(xué)細(xì)野秀雄教授設(shè)計(jì)的催化劑，該工藝可將溫度降低25%、壓力降低逾75%。
該公司計(jì)劃在味之素公司川崎工廠的裝置中測(cè)試該工藝。味之素公司是氨基酸生產(chǎn)商，也是Tsub-ame BHB的股東。Tsubame BHB想在生產(chǎn)氨基酸、化肥和其他化學(xué)品的工廠建大量小型氨裝置，提供用于沉積氮化膜的氨。
Tsubame BHB首席執(zhí)行官渡邊政宏表示，“在本地生產(chǎn)氨供本地消費(fèi)具有優(yōu)勢(shì)，所需氫氣可從當(dāng)?shù)乜稍偕茉粗蝎@得”。
該公司還計(jì)劃通過日本政府和東京電力、千代田等公司1月成立的合資企業(yè)，實(shí)現(xiàn)氨的大規(guī)模生產(chǎn)。該合資企業(yè)還試圖研發(fā)一種新的氨催化劑。
日本將氨轉(zhuǎn)化為燃料的道路將是漫長(zhǎng)而艱難的。但鈴木受到多家公司和政府加入的鼓舞，“沒人了解氨的全部情況，但是時(shí)候討論日本氨工業(yè)的發(fā)展，并采取行動(dòng)了”。
