甲醇簡介
甲醇是一種重要的大宗基礎化工產品。甲醇是無色透明的液體，廣泛應用于甲醛、醋酸、碳酸二甲酯等的制取，與木材、涂料、紡織、燃料、醫藥、農業等行業息息相關。同時甲醇具有質量輕、揮發性強、無色和易燃等特點，作為一種清潔能源應用于燃料電池、汽油添加劑和船舶燃料，還可以通過裂解釋放出氫氣，從而成為氫氣儲運的載體。
我國甲醇產能持續擴張，占全球總產能的約60%。全球甲醇產能從2018年的143.3噸/年增長到2022年169.9噸/年，年均復合增長率為4.3%。近年來主要的產能增長由中國貢獻，我國作為世界甲醇生產第一大國，2023年甲醇產能達到1.08億噸/年，同比增加5.8%，增速上漲了2.7個百分點，占全球總產能的約60%。2019-2023年我國甲醇產能年均復合增長率為5.0%。2023年，我國甲醇產量約為8443萬噸，同比增加約3%，產能利用率78%。
我國是世界最大的甲醇消費國，引領世界甲醇市場發展。2023年我國甲醇消費量為0.99億噸，占全球消費量的78.6%，2019-2023年復合增長率達到12.5%。目前我國的甲醇市場仍有缺口，約有1200萬噸甲醇依靠進口。
在我國甲醇的下游應用中，排名前三的分別是作為化工原料制烯烴（約50.5%）、甲醇燃料（約16%）和作為化工原料制甲醛（約8.1%）。其中烯烴是重要的化工原料，可用于生產橡膠、塑料和纖維等；燃料方面，甲醇可以直接使用或與其他燃料混合使用，近年來，甲醇作為燃料的需求呈顯著上升趨勢；甲醛用于制造膠黏劑和涂料，廣泛應用在木材加工、家具制造和建筑行業。
傳統甲醇的生產路線為煤制甲醇和天然氣制甲醇，我國以煤制甲醇為主。國際上，生產甲醇的原材料主要為天然氣，中東、美洲等地區天然氣資源豐富，價格低廉，天然氣轉化技術成熟可靠。受能源結構影響，我國主要采用煤制甲醇的工藝，比例超過80%。
氣候危機及環境污染背景下甲醇行業面臨轉型。大量采用化石燃料制甲醇使得甲醇工業成為碳排放量最高的化工行業之一，煤制甲醇路線中每生產1噸甲醇需排放約3噸二氧化碳，每年中國甲醇行業的碳排放量在2億噸以上。為應對能源危機和環境污染，采用更為環保的技術路線生產甲醇成為未來甲醇行業發展的趨勢。
甲醇生產路線分類
國際可再生能源署建議按生產過程中碳排放強度由高到低將工業上生產的甲醇分為四種類型，分別為棕色/黑色甲醇、灰色甲醇、藍色甲醇和綠色甲醇，對應于生產甲醇的原材料分別是煤、天然氣、藍氫和二氧化碳（或綠氫和不可再生二氧化碳）及生物質/可再生二氧化碳和綠氫。
綠色甲醇生產過程中的碳排放趨近于零。從棕色/黑色甲醇，灰色甲醇，藍色甲醇到綠色甲醇。甲醇生產過程中的碳排放逐步降低,綠色甲醇生產過程中的碳排放趨近于零。我國甲醇產能以煤制甲醇為主，甲醇行業年碳排放量超過2億噸。大力發展綠色甲醇將大幅降低甲醇行業的碳排放。
當甲醇作為化工原料時下游應用繁多，產業鏈較長，因此以甲醇作為燃料，即最終完全燃燒的應用場景評估不同種類甲醇的碳排放強度。根據國際可再生能源署的數據，基于生物質、捕獲二氧化碳和綠氫制備的綠色甲醇具有較低的碳排放強度，僅為0-0.7噸/噸，而棕色/黑色甲醇的碳排放量高達3.4-5.2噸/噸。
棕色/黑色甲醇是指利用煤炭生產甲醇。在煤制甲醇的工藝中，煤與來自空氣中的氧氣在氣化爐內制得含有高濃度一氧化碳的粗煤氣，然后按一定的碳氫比補充氫氣，將混合氣通過凈化裝置除掉多余的二氧化碳和硫化物得到甲醇合成氣，再經過壓縮，合成和精餾等工序得到甲醇產品。棕色/黑色甲醇的制備工藝存在能耗高和污染嚴重的問題。
灰色甲醇是以天然氣為原料制備的。天然氣制甲醇的工藝主要由預轉化脫硫、調整水碳比并轉化為合成氣、壓縮、合成和精餾等單元組成。與棕色/黑色甲醇相比，灰色甲醇的生產具有流程短、碳排放強度相對較低的特點，但仍屬于高排放行業。由于我國富煤貧油少氣的基本國情，2012年國家發改委發布了《天然氣利用政策》,禁止新建或擴建以天然氣為原料生產甲醇及甲醇生產下游產品裝置,天然氣資源優先用于城市燃氣。雖然2023年管控政策松綁，但天然氣制甲醇扔被列為限制類項目。受資源和政策的影響，我國灰色甲醇僅占全國產能的8%左右。
藍色甲醇是指在傳統工藝基礎上采用碳捕集和碳存儲技術所制出的甲醇。包括利用藍氫和可再生二氧化碳/不可再生二氧化碳，或綠氫和不可再生二氧化碳制備的甲醇。其中，藍氫是指通過工業副產物或使用化石燃料但實施二氧化碳捕集利用與封存措施制得的氫氣。可再生二氧化碳指通過生物源或直接空氣捕集得到的二氧化碳，不可再生二氧化碳是指工業過程的二氧化碳。
綠色甲醇指基于生物質、綠氫、二氧化碳等可再生能源制備的甲醇。目前國際上還沒有形成統一的對綠色甲醇的定義，國際可再生能源署指出，綠色甲醇需要原料來源全部符合可再生能源標準。歐盟最新版本的《可再生能源指令》中提到，綠色甲醇可以分為生物燃料、非生物來源的可再生燃料和再循環碳燃料三類。即基于生物質、綠氫和二氧化碳制備甲醇。《可再生能源指令（REDⅡ）》補充條例表示，短期內不再強制要求生物質制甲醇與綠電制甲醇作為綠色甲醇的唯一選擇，而是把可計入歐盟碳排放交易體系，且在工業及火電場景中捕獲來的不可再生CO2制備的甲醇也認定為綠色甲醇。中國目前正在積極探索綠色甲醇的認證標準。
綠色甲醇產業鏈
綠色甲醇的產業鏈主要包括制備、儲運和應用三個環節。綠色甲醇的制備分為四種不同的技術路線，原材料涉及生物質、二氧化碳和綠氫。綠色甲醇以常溫常壓下的液體形式儲存，運輸方式分為鐵路、公路、船運和管道運輸。下游應用領域包括船舶燃料、汽車燃料、化工原料和儲能儲氫載體。
綠色甲醇技術路線及特點
綠色甲醇的制備分為四種路線，路線一為電制甲醇，基于綠氫和二氧化碳制備；路線二為生物質氣化制甲醇；路線三為生物質耦合綠氫制甲醇，路線四為生物質發酵制甲烷再制甲醇。路線二、三、四均存在生物質原料的供應受季節和氣候影響較大，生物質氣化技術和設備面臨一定挑戰的問題。
路線一：電制甲醇
電制甲醇主要以綠氫和可再生二氧化碳為原料。其技術路線分為：利用可再生電力電解水得到的綠氫和捕獲的二氧化碳生產甲醇；二氧化碳電催化還原制甲醇。其中二氧化碳電催化制甲醇尚不具備工業化條件，可再生二氧化碳與綠氫反應制備甲醇已被證明可實現大規模生產。電制甲醇的優勢在于目前電解水技術已經成熟，但電解水和二氧化碳捕獲成本高昂，綠氫與可再生二氧化碳的輸配問題也面臨挑戰。
路線二：生物質氣化制甲醇
生物質氣化制甲醇技術是將生物質氣化，然后通過變換和脫碳得到碳氫比一定的合成氣來制備甲醇。我國擁有豐富的生物質資源，如秸稈、木屑、玉米芯、稻殼、稻草和城市固體廢物等，可以高效利用這些生物質資源制造甲醇。該技術路線中的關鍵工藝是生物質氣化技術，得到合成氣后制取甲醇的技術原理與煤制甲醇類似，工藝路線已經成熟穩定，熱化學效率較高，對土地的面積要求較低，但氣化工藝和大型氣化爐設備還存在技術挑戰。
路線三：生物質耦合綠氫制甲醇
路線三是以生物質為碳源與綠氫反應制備甲醇。路線二當中，碳氫比調整存在耗能反應（水煤氣環節）并排放二氧化碳。在此基礎上如果將電解水制備得到的氧氣運用在生物質氣化環節，將綠氫導入合成氣以調整碳氫比例，則可以取消變換單元，簡化甲醇制備的設備和流程。
路線四：生物質制甲烷制甲醇
路線四是用生物質發酵得到甲烷再制甲醇。首先利用微生物將生物質厭氧發酵得到沼氣（甲烷），通過甲烷重整得到氫氣和二氧化碳的混合氣并制備甲醇。由于自然發酵過程緩慢、沼氣規模化的可能性較低，該技術路線需要大面積土地對生物質進行厭氧發酵，同時廢渣處理難度較大。
綠色甲醇經濟性比較分析
由于目前我國存量甲醛產能以煤制甲醇為主，綠色甲醇產量較小，各種生產要素尚未達到規模化生產條件，因此目前綠色甲醇成本偏高，與黑/棕色甲醇成本差距較大，但未來隨著產業化發展綠色甲醇降本空間巨大。
我們測算以上四種技術路線制備綠色甲醇的成本，目前綠電制甲醇的成本為4500-4600元/噸，生物質氣化制甲醇的成本為3800元/噸左右，生物質耦合綠氫制甲醇的成本為3500-3600元/噸，生物質制甲烷制甲醇的成本3500-4200元/噸。我國煤制甲醇產能占比超過80%且天然氣制甲醇屬于限制類項目，當煤炭價格為500-1000元時，傳統煤制甲醇（黑/棕色甲醇）的成本為1800-2700元/噸。
我們預期隨著未來綠電成本的下降和生產規模的擴大，綠電制甲醇和生物質耦合綠氫制甲醇的成本下降空間巨大，單位生產成本有望達到2100-2200元/噸（電制甲醇）和1900-2000元/噸（生物質耦合綠氫制甲醇），可對當前龐大的甲醇市場進行直接替代，有效降低甲醇工業的碳排放量。需要注意的是，任何涉及到使用生物質原料的技術都需要考慮生物質顆粒的價格，若未來能夠發展大規模低成本的生物質來源，那么當生物質顆粒價格下降至600元/噸以下時，其經濟性與煤制甲醇相當。而目前由于生物質資源分布較分散、供應量有限、呈季節性供應的特點，大規模供應量存在不確定性。
傳統煤制甲醇成本
我國甲醇的生產幾乎完全依賴于煤炭，即棕色/黑色甲醇。當煤炭價格為500-1000元時，煤制甲醇的成本為1800-2700元/噸。例如據報道，2023年12月8日當周，我國西北地區煤制甲醇制造成本在2755元/噸，原料煤及燃料煤的成本占到甲醇總成本的75%以上。
綠電制甲醇路線成本
綠電制甲醇目前成本約為4500-4600元/噸，未來隨著綠電價格、碳捕獲成本的下降以及技術發展，有望降低至2100-2200元/噸。在電制甲醇工藝流程中，氫氣和二氧化碳分別來自于電解水制氫和二氧化碳捕獲。綠電制甲醇的成本主要由原料氣成本、工藝成本、設備折舊、運維操作等構成。以設計建設年產10萬噸的二氧化碳加氫制甲醇項目為對象,總投資2億元，折舊殘留率5%,設備折舊年限20年進行生產成本分析和預測。項目采用目前常見的銅基催化劑,據目前催化劑的性能,原料氣二氧化碳的單程轉化率為30%,生成甲醇的選擇性為80%。年產10萬噸甲醇需消耗氫氣1.88萬噸、二氧化碳13.73萬噸。項目中所有用電來自光伏、風電等綠色電力,氫氣來自綠電制氫,二氧化碳來自工業捕集，純度為99.5%以上。制氫過程中以電耗4.5kWh/Nm3，電價以0.3元/kWh計算。根據測算，電制甲醇的成本為4500-4600元/噸，其中氫氣成本為主要成本，占比達到82%，二氧化碳成本占比9%。
綠電制甲醇降本趨勢
考慮氫氣成本及二氧化碳成本都有較大下降空間，同時技術革新將減少生產過程中消耗品的用量，未來綠電制甲醇的成本有望降低至2100-2200元/噸。電制甲醇的單耗分別為每生產1噸甲醇消耗0.19萬噸氫氣和1.38萬噸二氧化碳。
未來綠電價格下降將帶動綠氫成本大幅降低。綠氫占甲醇生產總成本的80%左右，目前新能源發電的造價快速下行，同時設備發電效率提升，綠電價格有望降至0.1元/kWh，對應綠電制甲醇的成本約為2600元/噸，已經接近煤制甲醇的成本。
二氧化碳具備有一定下降空間。二氧化碳成本占比約為7%，目前主要來源為從火電廠通過基于MEA的化學吸收法捕集獲得。目前在1噸二氧化碳的綜合成本約在288元，隨著新材料的開發和新技術的發展，未來5年內捕集成本有望快速下降至150元/噸左右，2060年有望進一步下降至90-130元/噸。2023年我國二氧化碳排放總量達到374億噸，其中電力行業約占總排放量的48%。
工藝革新可進一步降低電制甲醇成本。工藝成本包括催化劑成本、甲醇生產過程中的電力成本、循環/冷卻水消耗及工藝氣體消耗等，其中催化劑成本影響較大。
在二氧化碳加氫制甲醇的過程中，由于受到熱力學限制，二氧化碳的單程轉化率最多僅為40%。目前用于二氧化碳加氫的催化劑有銅基催化劑、金屬氧化物和貴金屬等，對甲醇的選擇性為40%-99%。
隨著工藝革新，未來催化劑的性能有望同時達到40%的單程轉化率和99%的甲醇選擇性。據模擬，催化劑的使用成本將降低至8萬元/噸甲醇。催化劑性能的提升也會導致電耗和工藝氣用量的減少使成本進一步降低。
綜合各項成本發展趨勢，未來電制綠色甲醇的成本有望降低至2100-2200元/噸。
綠色甲醇制備成本—生物質氣化路線
目前生物質制甲醇的成本約3800元/噸左右，當生物質顆粒價格為600元/噸時成本下降至約2300元/噸左右。生物質氣化制甲醇的成本主要包括設備投資成本、人工與運維成本、生物質原料和生產消耗成本。
我們參考江蘇省鹽城市嵐澤大豐港擬投資項目數據，項目規劃年產30萬噸，以蘆竹等生物質為原料通過熱裂解生產綠色甲醇。項目投資22.5億，折算設備分攤生產綠醇成本約為300元/噸。主要設備包括空分裝置、生物質氣化裝置、氣體凈化裝置、甲醇裝置和配套的公用工程及輔助裝置。
據國際能源署數據，生物質顆粒氣化生產甲醇的能量轉化效率約為60%，按生物質顆粒的平均熱值17MJ/kg計算，理論上每生產一噸甲醇需要1.95噸生物質顆粒，考慮生產過程中損耗，因而單噸甲醇生產所需生物質顆粒按2.5噸測算。參考2024年生物質顆粒價格約為1200元/噸，即生產1噸甲醇的生物質顆粒成本約為3000元/噸。
電力成本方面，每生產一噸甲醇實際需消耗電量500kWh，采用風光等綠電且按0.3元/kWh計，分攤生產綠醇成本為150元/噸。其余生產過程消耗的除鹽水、氮氣等約合250元/噸。
綜上該項目生物質制甲醇的成本約3800元/噸左右，其中生物質原材料占比最高，達到79%；電力及生產過程消耗品的成本占比10%，設備折舊費用占比8%，人工與運維費用占比5%。
生物質氣化制甲醇未來價格主要取決于生物質原材料價格。在生物質資源豐富且價格低廉的地區，生物質顆粒的價格有望降低.當生物質原材料價格低于600元/噸時,生物質氣化制甲醇的成本約為2300元/噸，接近目前煤制甲醇的成本。
技術革新帶來的成本下降較為有限。總體上位于生物質資源豐富，地勢平坦，交通便利的生物質制甲醇項目盈利空間更大。
綠色甲醇制備成本—生物質制甲烷再制甲醇路線
生物質制甲烷再制甲醇目前成本為3400-4200元/噸，遠期不具備發展優勢。生物質發酵制甲烷并進一步制備甲醇的路線在制備得到甲烷后工藝流程與天然氣制甲醇一致。據國際可再生能源署計算，基于生物質制甲烷再制甲醇的成本將在天然氣制甲醇成本的基礎上增加377美元/噸，折合人民幣約2700元/噸。而天然氣制甲醇的成本為100-200美元/噸，即生物質制甲烷再制甲醇的成本為3400-4200元/噸。
生物質制甲烷再制甲醇的成本同樣主要取決于生物質原材料的價格，但是由于生物質自然發酵緩慢及占地面積過大等問題，未來新增產能規模有限。不同技術路線成本與目前甲醇價格對比（考慮碳排放成本）傳統路線制備甲醇將面臨高昂碳價格，綠色甲醇成本優勢顯著。棕色/黑色甲醇（煤制甲醇）的碳排放量高，每噸生產1噸甲醇需排放3噸二氧化碳。據《中國能源體系碳中和報告2060》預測，2030年碳排放權價格將緩慢上漲至300元/噸，對應煤制甲醇成本將上升900元/噸，屆時棕/黑色甲醇生產成本可能上升至2700-3600元/噸。在2030年以后碳價格還會加速上漲,最終于2060年達到1300元/噸，對應煤制甲醇的平均成本將上升3900元/噸，因此中遠期考慮碳價格的影響，綠色甲醇的成本優勢顯著。
綠色甲醇的四種生產路線中，電制甲醇和生物質耦合綠氫制甲醇未來空間廣闊，成本下降趨勢明顯，其中電制甲醇有望成為主流路線。
一、電制甲醇目前成本較高，但遠期降本空間較大，在我國的監管環境，其碳源主要為火電廠捕集的二氧化碳，供應量充足，未來可能成為主流技術路線。
如果當前我國甲醇消費量全部由電制甲醇供應，可消耗二氧化碳1.4億噸（減排效應）。每制備1噸綠色甲醇需要消耗1.38噸二氧化碳，隨著電制甲醇產能逐步取代傳統產能，將帶動超過1.4億噸的二氧化碳需求。從二氧化碳資源高效利用的角度來看，目前我國CCUS示范項目的二氧化碳利用方式主要以地質利用為主，少部分進行埋藏封存。隨著碳捕獲規模的擴大，二氧化碳需求少于碳捕集規模的問題會日益顯著，而二氧化碳的運輸和封存均需要投入成本，如果擴大二氧化碳轉化為高價值化學品的規模，則可以在節約CCUS成本的同時為企業創造利潤。
若我國甲醇消費全部甲醇電制供應，對應綠氫需求量為2100萬噸左右，相當于目前我國綠氫產量的41倍，對應于綠電的需求為1萬億千瓦時，相當于2023年全國新能源發電量的68%，這將推動我國綠氫產業和新能源發電的發展。截至2024年11月，我國已規劃建設超過400個綠氫項目，綠氫產能總規劃超過800萬噸/年。
二、生物質氣化路線成本主要取決于生物質顆粒的價格，由于生物質資源具有地域分布分散和供應受季節變化影響，目前來看該技術路線的成本下降空間和產能增長空間較為有限。
三、生物質耦合綠氫制甲醇能夠實現資源的高效利用，未來成本下降趨勢明顯。但制備過程同時包含生物質氣化和電解水制氫的環節，占地面積和投資金額較高。2024年我國甲醇（優等品）的價格為2191-2555元/噸，平均價格為2336元，遠期來看綠色甲醇有一定盈利空間。
四、生物質制甲烷再制甲醇的技術路線的劣勢在于占地面積大、生物質發酵制甲烷的耗時長，限制了其大規模應用。
綠色甲醇儲運
甲醇儲運條件較為溫和。甲醇在常溫常壓下為液體，具有易燃和易揮發的特性,具有毒性。根據我國《危險貨物品名表》（GB12268-2012）,甲醇屬于第3類易燃液體,危險等級為Ⅲ。甲醇的儲運應選用復合標準的密封式容器，材質應耐高溫、耐壓。因為甲醇常溫常壓下為液體，因此儲運時不需要保持低溫或加壓，儲運條件較為溫和。
甲醇儲存技術難度低，規模大。工業多使用金屬儲罐存儲甲醇，單缸容積可達1-2萬立方米，最大儲量可達1.4萬噸。同時甲醇本身對碳鋼幾乎沒有腐蝕性，僅需要對儲罐內壁做基本防腐處理以避免甲醇中存在的水份和雜質對儲罐的腐蝕。
現階段我國甲醇運輸以公路汽車運送為主，運輸費用約為0.24元/噸/公里左右。我國甲醇的運輸方式包括公路、鐵路、水路和管道運輸。汽車運輸具有方便靈活的特點，是我國甲醇主要的運輸方式。參考從內蒙古鄂爾多斯運輸甲醇至山東東營的路線計算甲醇的運輸費用。根據隆眾資訊數據，2024年8月甲醇的公路罐車運輸費用為240元/噸，折合約0.24元/噸/公里。水路運輸則多用于將甲醇從天津港、唐山港等運至蘇南和浙江的港口。鐵路運力有限，企業難以控制運輸時間和運輸量，并不是我國甲醇運輸的主流方式。管道運輸目前還處于規劃和設計方案，未來或可成為長距離輸送甲醇的有效解決方案。
綠色甲醇陸上生產地和消費地距離500-3000公里之間，公路汽車運輸的費用為120-720元/噸。綠色甲醇的制備依賴生物質資源或風能和太陽能，豐富的生物質資源和風光資源為綠色甲醇的生產提供便利條件，就地發展一體化戰略是未來綠色甲醇行業的主要發展方式，因此未來綠色甲醇產能將主要分布于我國西北、華北和東北地區。
但甲醇的不同下游產業多分布于東部地區，在航運燃料的應用場景中，綠色甲醇的主要消費地點在東部沿海港口，用于甲醇燃料船舶的加注和出口。
我國目前甲醇最大的需求領域甲醇制烯烴產能也多分布于東部經濟發達地區。綠色甲醇從北方的風光基地運輸至山東地區的運輸距離約為500-1000公里，運輸成本約120-240元/噸，運輸至江蘇地區距離約為1500-1800公里，運輸成本約為360-432元/噸，運輸至浙江地區距離約1900-2300公里，運輸成本約456-552元/噸。
管道運輸或可成為未來長距離輸送甲醇的有效解決方案。目前我國甲醇在長距離運輸時存在費用偏高、運力不足和受天氣路況等因素影響較大的問題，而管道運輸可以保證甲醇長周期、安全穩定的輸送，成本有望低于公路運輸。
甲醇管輸可利用原油等管道，成本約為0.16元/噸/公里。甲醇屬于易輸送介質，在輸送過程中對管材設施的腐蝕性較小，不需要內防腐，并且輸送過程中不需要保溫設施，可利用原油等管道改輸甲醇。參考我國成品油的輸送費用，根據不同的地理環境，一般為0.14-0.17元/噸/公里，取平均值0.16元/噸/公里，在500-3000公里范圍內運輸費用為80-480元/噸。
目前國際上已有成功通過管道運輸甲醇的案例。加拿大的一條甲醇運輸管道由原油輸送管道改造而來，管道全長1146公里，甲醇輸送能力4000噸/天。位于加拿大的另一臺管道由液化石油氣輸送管道改造，全長3000公里，甲醇輸送能力4000噸/天。
我國也在積極探索甲醇管道運輸的可行性。
例如2021年5月中煤鄂爾多斯能源化工有限公司甲醇技改項目配套管道工程成功投產，成為我國首條甲醇制烯烴的長輸管道，該管道全長52公里，設計壓力為2.5Mpa。但目前甲醇管道運輸技術和經驗還比較匱乏，尚未形成運輸標準規范，距大規模和長距離運用還有較長時間。
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