中國儲能網(wǎng)訊：據(jù)《化學與工程新聞》近日消息，三井化學和其他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)濟產(chǎn)業(yè)省表示，日本氨消費量到2030年將達到400萬噸。李璐供圖
日本政府積極推動
日本計劃，到2030年，將溫室氣體排放量減至2013年的46%。與許多能源不同，氨在燃燒時不會排放二氧化碳。在對核能持謹慎態(tài)度且當?shù)乜稍偕茉吹倪x擇很少的情況下，日本政府認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)濟產(chǎn)業(yè)省表示，新政策可能使日本每年氨消費量增加兩倍，到2030年達到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，每年氨消費量將達到3000萬噸。三菱瓦斯化學公司基礎化工部門總經(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品原料，這意味著化工和航運業(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，一些化學公司已著手進行技術開發(fā)和示范項目，每個項目的投資都達到幾億美元。
氨的吸引力在于富含氫，而且比氫更容易運輸，但不是任何氨都是清潔能源。氨是由氮氣和氫氣反應生成的，氮氣是從空氣中提取的，而氫氣通常是通過甲烷重整生成的，但這一過程中會產(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，然后由氮氣和氫氣反應生成氨；另一種是藍氨，是由傳統(tǒng)的甲烷重整制氫氣，然后由氮氣和氫氣反應生成氨，制氫過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品二氧化碳被捕集并儲存在地下。
開啟清潔氨項目
日本清潔氨項目已經(jīng)開始起步。2020年，沙特基礎工業(yè)公司與日本能源經(jīng)濟研究所合作，從沙特向日本運送了40噸藍氨，以測試進口氨用于發(fā)電的可行性。2021年12月，三菱瓦斯化學、宇部工業(yè)、住友化學和三井化學等公司宣布，計劃在日本啟動清潔氨研究項目。
三井化學和宇部工業(yè)目前仍在日本生產(chǎn)常規(guī)氨。2015年，三菱瓦斯化學公司關閉了新瀉工廠內(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)，日本開始進口PAU合成氨工廠生產(chǎn)的氨。2021年，PAU開始一項研究，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)、運輸和使用方面的專業(yè)知識。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，對專業(yè)船舶和地下管道的操作也儲備了足夠的知識。我們與其他3家公司正攜手合作，在日本進口、生產(chǎn)和分銷氨方面追求規(guī)模經(jīng)濟。此外，我們還把目光投向了海外項目，那里的清潔氨生產(chǎn)成本更低。我們希望在2030年前確保有競爭力的氨的穩(wěn)定供應。而要做到這一點，公司需要建設更多的基礎設施來處理氨。例如，當每年進口50萬噸氨時，我們至少需要兩個進口終端，而僅為這些終端建儲罐就將花費8000多萬美元”。
除了進口更多的氨，日本化學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了一個項目，展示如何使用10兆瓦的電解水裝置制造氫氣，目標是實現(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)展項目經(jīng)理表示，“我們的主要目標是建一個強大的系統(tǒng)，幾乎不受發(fā)電波動的影響”。
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氫化合物裂解成石化產(chǎn)品。2月，三井化學與丸善石化、東洋工程和雙日機械共同啟動了該方案的可行性測試項目。三井化學公關人員表示，“考慮到碳定價和2030年清潔氨的市場估價，該技術具有成本優(yōu)勢”。
然而，氨并不是甲烷的簡單替代品。例如，作為裂解爐燃料，它比甲烷燃燒得慢，這是雙日機械必須考慮到的。雙日機械是裂解爐燃燒器的設計者。
三井化學公關人員表示，“這4家公司可在研發(fā)方面貢獻自己的專長”。這4家公司組成的財團計劃在三井化學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，并在那里進行驗證測試。該財團稍后將在丸善石化位于日本千葉的工廠建一個更大的裂解爐進行驗證測試。最終，三井化學希望看到該技術被全國乙烯生產(chǎn)商使用。三井化學表示，當日本乙烯生產(chǎn)商改用氨燃料時，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)大學細野秀雄教授設計的催化劑，該工藝可將溫度降低25%、壓力降低逾75%。
該公司計劃在味之素公司川崎工廠的裝置中測試該工藝。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)氨供本地消費具有優(yōu)勢，所需氫氣可從當?shù)乜稍偕茉粗蝎@得”。
該公司還計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，但是時候討論日本氨工業(yè)的發(fā)展，并采取行動了”。
