邁向碳中和：歐洲化學(xué)工業(yè)的低碳技術(shù)路線

01  概述 1
1.1　背景 1
1.2　研究范圍 2
1.2.1　產(chǎn)品范圍 3
1.2.2　重點研究技術(shù) 4
1.2.3　本書中的情景假設(shè) 6
1.3　基本假設(shè)和數(shù)據(jù)來源 7
1.4　定義 8
02  能效提升潛力 11
2.1　增量改進(jìn) 11
2.2　最佳實踐技術(shù)的應(yīng)用 12
2.3　先進(jìn)熱集成 12
2.4　過程強化設(shè)備 13
2.5　能效措施的影響 13
03  低碳電力的直接應(yīng)用 15
3.1　用電制蒸汽（TRL 7） 15
3.2　基于蒸汽再壓縮的先進(jìn)熱能管理技術(shù) 18
3.3　氯堿生產(chǎn)（TRL 9） 19
3.3.1　氯堿生產(chǎn)工藝流程 19
3.3.2　單位產(chǎn)量能源需求 21
3.3.3　生產(chǎn)單位氯堿的二氧化碳減排量 22
3.3.4　氯堿工藝的經(jīng)濟性 23
04  以氫氣和二氧化碳為基礎(chǔ)原料的生產(chǎn)路線 24
4.1　氫氣的低碳生產(chǎn) 25
4.1.1　電解制氫 25
4.1.2　其他低碳制氫生產(chǎn)工藝 32
4.2　氫氣合成氨 34
4.2.1　傳統(tǒng)氨生產(chǎn)工藝（TRL 9） 34
4.2.2　低碳方式的氨生產(chǎn)（TRL 7） 35
4.2.3　合成氨各單元的能量需求 36
4.2.4　單位氨合成的二氧化碳減排量 37
4.2.5　低碳合成氨工藝的經(jīng)濟性分析 38
4.2.6　氨的混合生產(chǎn)工藝 38
4.3　低碳氨與二氧化碳合成尿素 39
4.3.1　尿素合成各單元的能量需求和CO2 減排量 40
4.3.2　低碳路線生產(chǎn)尿素的經(jīng)濟性 41
4.4　以氫氣和二氧化碳為原料的甲醇合成路線 41
4.4.1　常規(guī)甲醇生產(chǎn)工藝（TRL 9） 41
4.4.2　低碳甲醇生產(chǎn)（TRL 7） 42
4.4.3　單位甲醇生產(chǎn)的能耗指標(biāo) 44
4.4.4　單位甲醇生產(chǎn)的二氧化碳減排量 45
4.4.5　低碳甲醇生產(chǎn)的經(jīng)濟性分析 46
4.5　甲醇制乙烯和丙烯（TRL 8 ～ 9） 47
4.5.1　常規(guī)乙烯和丙烯生產(chǎn) 47
4.5.2  甲醇制乙烯和丙烯低碳工藝技術(shù)（TRL 8 ～ 9） 47
4.5.3　甲醇生產(chǎn)乙烯和丙烯的單位能源需求 49
4.5.4　單位乙烯和丙烯生產(chǎn)的二氧化碳減排量 49
4.5.5　低碳工藝生產(chǎn)乙烯和丙烯的經(jīng)濟性分析 50
4.6　氫基甲醇路線生產(chǎn)BTX（TRL 7） 50
4.6.1　常規(guī)工藝路線生產(chǎn)BTX（TRL 9） 50
4.6.2　低碳甲醇工藝生產(chǎn)BTX（TRL 7） 50
4.6.3　低碳工藝生產(chǎn)BTX 的能源需求 51
4.6.4　低碳工藝生產(chǎn)BTX 的二氧化碳排放量 51
4.6.5　低碳工藝生產(chǎn)BTX 的經(jīng)濟性分析 52
4.7　低碳?xì)錃夂投趸己铣扇剂?52
4.7.1　低碳甲醇作為運輸燃料 52
4.7.2  通過合成氣和費托合成生產(chǎn)柴油和煤油（TRL 5 ～ 7） 54
4.8　氫氣和二氧化碳合成甲烷 57
4.8.1  由氫氣和二氧化碳合成低碳甲烷/ 合成氣（TRL 6 ～ 7） 58
4.9　基于氫氣的低碳合成路線的比較 60
4.10　二氧化碳作為化工原材料 61
05  使用二氧化碳的替代合成途徑 64
06  以生物質(zhì)為原料的低碳化學(xué)品生產(chǎn) 66
6.1　生物甲醇的生產(chǎn)（TRL 6 ～ 7） 67
6.1.1　生物甲醇的生產(chǎn)過程 67
6.1.2　單位生物甲醇生產(chǎn)的能源和原料需求 68
6.1.3　單位生物甲醇生產(chǎn)的二氧化碳減排量 68
6.1.4　生物甲醇生產(chǎn)的經(jīng)濟性分析 69
6.2　生物乙醇的生產(chǎn)（TRL 7 ～ 9） 70
6.2.1　生物乙醇生產(chǎn)過程 70
6.2.2　單位生物乙醇生產(chǎn)的能源和原料需求 71
6.2.3　單位生物乙醇生產(chǎn)的二氧化碳減排量 72
6.2.4　生物乙醇部分替代汽油的二氧化碳減排量 73
6.2.5　生物乙醇生產(chǎn)的經(jīng)濟性分析 73
6.3　生物乙烯的生產(chǎn)（TRL 8 ～ 9） 73
6.3.1　生物乙烯的生產(chǎn)過程 73
6.3.2　單位生物乙烯生產(chǎn)的能源和原料需求 74
6.3.3　單位生物乙烯生產(chǎn)的二氧化碳減排量 74
6.3.4　生物乙烯生產(chǎn)的經(jīng)濟性分析 75
6.4　生物丙烯的生產(chǎn)（TRL 6 ～ 7） 75
6.4.1　生物丙烯生產(chǎn)過程 75
6.4.2　單位生物丙烯生產(chǎn)的能源和原料需求 76
6.4.3　單位生物丙烯生產(chǎn)的二氧化碳減排量 76
6.5　生物質(zhì)為原料生產(chǎn)BTX 77
6.5.1　BTX 的生產(chǎn)過程 77
6.5.2  以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)單位BTX 的能源和原料需求 78
6.5.3  以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)單位BTX 的二氧化碳減排量 78
6.6　不同生物質(zhì)合成路線的對比 79
6.7　可利用的生物質(zhì)原料 80
07  其他行業(yè)的氣體排放和側(cè)流的利用（工業(yè)共生） 82
7.1　二氧化碳的來源 83
7.2  鋼鐵制造作為H2、CO和CO2/CO 混合流的來源 84
7.2.1　鋼鐵生產(chǎn)中的廢氣用于乙醇生產(chǎn) 86
7.3　其他工業(yè)共生 87
08  循環(huán)利用的概念及用聚合物廢料作為化工原料 88
09  描述低碳化學(xué)工業(yè)的4 個情景 91
9.1　“一切照舊”情景 91
9.1.1　化學(xué)品產(chǎn)量 92
9.1.2　二氧化碳排放量 92
9.2　最大情景 93
9.2.1　產(chǎn)量 94
9.2.2　二氧化碳減排量 96
9.3　中間方案 97
9.3.1　低碳產(chǎn)量 98
9.3.2　二氧化碳減排量 100
9.4　雄心方案 101
9.4.1　低碳產(chǎn)量 102
9.4.2　二氧化碳減排量 103
9.5　不同方案的產(chǎn)量和二氧化碳減排量匯總 105
10  不同情景下的能源和原料需求 107
10.1　對“無碳電力”的需求 107
10.2　二氧化碳作為原料的需求 110
10.3　生物質(zhì)作為原料的需求 111
11  不同情景下的經(jīng)濟影響 113
11.1　生產(chǎn)成本 114
11.2　單種化學(xué)產(chǎn)品的總生產(chǎn)成本和避碳成本 118
11.2.1　氨 119
11.2.2　氯氣生產(chǎn) 121
11.2.3　尿素 122
11.2.4　甲醇 124
11.2.5　乙烯、丙烯和BTX 126
11.3　總結(jié) 128
12  研發(fā)與創(chuàng)新的需求 130
13  政策措施 134
14  歐洲化學(xué)工業(yè)的轉(zhuǎn)型 136
14.1  當(dāng)前歐洲化學(xué)工業(yè)的能源供應(yīng)、原料基礎(chǔ)與碳流 136
14.2　“ 一切照舊”情景中，歐洲化學(xué)工業(yè)的能源供應(yīng)、原料基礎(chǔ)和碳流 138
14.3  中間方案中，歐洲化學(xué)工業(yè)的能源供應(yīng)、原料基礎(chǔ)和碳流 140
14.4  雄心方案中，歐洲化學(xué)工業(yè)的能源供應(yīng)、原料基礎(chǔ)和碳流 141
14.5  最大情景中，歐洲化學(xué)工業(yè)的能源供應(yīng)、原料基礎(chǔ)和碳流 142
15  致謝 144
16  附錄 145
附錄1　計算氫成本隨工作時間的函數(shù)的假設(shè) 145
附錄2　假設(shè)可行情景 145
附錄3　中間情景歷年假設(shè)、影響和需求數(shù)據(jù) 146
附錄4　雄心方案歷年假設(shè)、影響和需求數(shù)據(jù) 149
附錄5　最大情景歷年假設(shè)、影響和需求數(shù)據(jù) 152
附錄6　二氧化碳捕集技術(shù) 154
尾注 159