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“十一五”我国石油替代和再生能源部分产品发展分析
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“十一五”我国石油替代和再生能源部分产品发展分析(上) 1 我国能源多元化战略提出的背景和意义 1.1 目前我国能源的生产和消耗状况 2005年，我国原油产量为1.81亿t，同比增长4.3%；进口量为1.27亿t，同比增长5.9%，进口量约占消费量的42.4%；原油加工量为3.0亿t，同比增长7.2%，供求矛盾和市场风险日益突出。目前我国原油探明储量仅占世界的1.4%，属缺油国家。我国是成品油消费大国，消费增长迅速。1995-2005年10年间，我国汽、煤、柴、润产量年均增长率分别为6.90%、9.27%、11.86%、11.30%。我国汽油、柴油生产持续增长，成品油生产已基本可以满足国内的需求，汽煤柴供需基本平衡，但原油大量依赖进口。预计2005-2010年成品油消费与GDP的弹性系数维持在0.8以上，2010-2015年年弹性系数保持在0.7以上。根据对国内各行业分析，汽、煤、柴油消费量的年均增长速度将分别保持在5.9%-6.3%和4.2%-4.8%。预计2005年、2010年和2015年我国成品油(汽煤柴)的国内需求将分别达到17544万t、23650万t和29700万t，2005-2010年和2010-2015年年均增长率分别为6.2%和4.7%。预计2010年我国进口石油量将达到1.45亿t。 我国煤炭资源的状况是煤炭总资源量较多，但达到一定勘查深度的储量较少，与其它煤资源大国相比；有效供给不足。按可直接利用的煤炭资源和年产20亿t煤计，我国煤炭使用年限约为90-100年。尚需要加大地质勘探力度，进一步提高煤炭的经济可利用资源量。2005年，我国煤炭产量为21.1亿t，同比增长8.2%。2004年我国煤炭探明储量、产量和消费量分别占世界总量的12.6%、35.3%和34.4%。因此，可以说我国既是煤炭资源大国，又是生产和消费大国，同时也决定了我国能源消费和碳一化工发展将主要立足于煤炭。 2005年，我国天然气产量为500亿m3，同比增长22.5%，增幅较大(历年产量见表1)。我国天然气探明储量仅占世界的1.2%，属少气国家。近年来随着民用、发电和天然气化工的发展，天然气供求矛盾越来越大。目前，我国天然气主要应用领域为化工、工业燃料+天然气发电、城市民用及商业和油气田生产自用气。其中，化工用气比例约为22.30%，发电用气约占22.00%，城市燃气比例约为26.40%。由于近几年环境保护意识和法规日益强化，天然气作为清洁燃料在发电和城市燃气领域中应用不断普及和扩大。同时由于原油资源的紧缺及价格的大幅上涨，天然气在化工中的应用量也在不断提高。除传统合成氨生产外，天然气合成甲醇及其下游产品(甲醛系列、醋酸系列等)的发展更加迅速。 表1 我国天然气产量和表观消费量 亿m3 年份 产量 进口量 出口量 表观消费量 2001 303.29 0 30.79 272.50 2002 326.61 0 32.46 294.15 2003 341.28 0 18.98 322.30 2004 407.7 0 24.4 383.3 2005 499.5 0 29.7 469.8 1.2 近几年中国能源生产和消费中的主要问题 (1) 煤炭产量增幅大，安全问题突出。 煤炭在中国能源生产中占70%，由于石油涨价，煤炭对石油的部分替代作用，促进煤炭生产大幅增长，安全事故频发。 (2)石油生产比重下降，需进一步加强。 石油保持小幅增长，在能源比重中下降，中国在保持走出去的同时，仍需保持和加强国内生产。 (3)天然气开采潜力大，生产与消费区域分割。 天然气在一次能源中比例一直较低，但比较稳定。中国天然气开采只占探明储量的10%，具有相当大的开采潜力。但天然气分布在中、西部地区，东部经济发达地区存在较大缺口，采取“西气东输”促进天然气的生产。 (4)电力生产增长迅速，应加强可再生能源发电。 中国电力生产增长迅速，2005年全国发电2.47万亿kWh，其中水电0.4万亿kWh。我国发电主要依靠常规能源，火力发电占总发电量的81.5%。环境压力很大。 (5)目前，我国面临着常规能源资源不足、过分依赖煤炭而污染严重、能源利用效率低等问题。我国人均煤炭、石油、天然气资源量仅为世界平均水平的60%、10%和5%。我国每t标准煤的产出效率仅相当于日本的10.30%，欧洲的16.8%。 我国能源生产总量与构成见表2。 表2 近几年我国能源生产总量与构成 年份 能源生产总/(D/Mt) 占总量的比重/% 原煤 原油 天然气 2000 1069.9 66.6 21.8 3.4 2001 1209.0 68.6 19.4 3.3 2002 1383.7 71.2 17.3 3.1 2003 1599.1 74.5 15.1 2.9 2004 1880.0 75.6 13.5 3.0 2005 2060.0 D折算成标准煤。 工业领域是中国能源消费大户。2005年钢铁、化工、建材等行业的能源消耗量占全国总量的12.92%、15.2%和5.1%(表3)。 表3 我国分行业煤炭消费结构 % 项目 2003年 2004年 2005年 消费总量 100 100 100 国内消量 94.62 95.39 95.83 电力 49.17 50.49 52.84 钢铁 12.34 13.28 12.92 建材 16.79 16.00 15.20 化工 5.71 5.34 5.10 其它 10.61 10.29 9.78 出口 5.38 4.61 4.17 我国能源消费主要依赖煤炭和石油，不同区域能源资源配置结构有很大差异。因此我国能源消费结构多元化还有相当大的潜力，不同区域应该因地制宜，制定适合本区域的能源政策。 东西部之间能源消费和资源配置之间交叉不平衡，决定了区域能源合作的必要性，通过区域能源合作，将西部的资源优势转化为经济优势。 1.3 能源多元化战略的意义和实施措施 1.3.1 能源多元化意义 (1)保障国家能源安全。 中国能源安全问题并不仅仅是能源供给总量与需求总量的矛盾，而且是由清洁能源需求上升而供给严重不足所引发的结构性矛盾，这是中国能源安全问题的主要矛盾。石油短缺是中国国内能源安全主要矛盾中的主要方面。高度重视国家能源安全，必须立足本国优势能源，开发和推广清洁煤技术；大幅提高核能消费比重；加快和扩大国际合作，搞好能源供应的多元化。作为稀缺资源，石油历来被视为战略物资被世界各国所争夺。应对石油安全挑战，中国应采取降低石油进口依赖，积极参与国际石油市场的竞争，加强国际石油领域的合作，确保国家石油安全的一整套措施和相应的对策。 (2)紧跟世界能源发展趋势，及时转变能源发展战略。 世界能源发展已步入一个新的变革时期。据有关资料预测，这次变革大体将经历两个阶段。在第一阶段，以天然气、煤层气等气体能源，液化煤、气化煤等传统矿物能源洁净化技术和核裂变技术将共同构成世界能源消费的主体。然后，才有可能逐步过渡到以核聚变及可再生能源为主的第二阶段。中国要抓住机遇，迎接挑战，紧跟世界能源发展趋势，及时转变能源发展战略，保证能源的可持续发展。 1.3.2 能源发展重点 中国将在未来15年内把发展能源、水资源和环境等11个重点领域的技术放在优先位置，解决制约经济社会发展的重大瓶颈问题。重点领域是指在国民经济、社会发展中重点发展、亟待科技提供支撑的产业和行业。优先主题是指在重点领域中急需发展、任务明确、技术基础较好、近期能够突破的技术群。这些重点领域包括：能源、水和矿产资源、环境、农业、制造业、交通运输业、信息产业及现代服务业、人口与健康、城镇化与城市发展、公共安全、国防。能源领域的优先主题为：工业节能，煤的清洁高效开发利用、液化及多联产，复杂地质油气资源勘探开发利用，可再生能源低成本规模化开发利用，超大规模输配电和电网安全保障。 1.3.3 实施战略 当前和今后一段时期，要重点抓好六方面工作：一是节约优先，效率为本。二是立足国内，多元发展。有序发展煤炭，积极发展电力，加快发展石油天然气，大力发展新能源和可再生能源。三是保障安全，保护环境。打好煤矿瓦斯治理和整顿关闭两个攻坚战，多渠道增加煤矿安全投入，坚决遏制重特大事故频发的势头。大力发展循环经济，实现人与自然的和谐发展。四是对外使用，互利共赢。积极参与世界石油天然气等资源的开发与使用，在开放的格局中维护中国能源安全。五是加快石油储备，搞好运行调节。六是深化体制改革，加强法制建设。 2 替代燃料的分类及发展历程 替代燃料可分为三类：含氧燃料(醇/醚/酯)、合成油、气体燃料(甲烷气/合成气/氢气)。其中含氧燃料技术成熟，是近期应予推广应用的重点；合成油与现有车辆技术体系和基础设施完全兼容，但其技术尚待完善，将在2020年发挥重要作用；气体燃料车优点很多，我国将从基础科学研究、前沿技术创新、工程应用开发等方面逐一突破。 2.1 煤液化 煤通过催化加氢直接液化合成液态烃类化合物，精制后制取汽油、柴油。直接液化的困难是资金问题，建设百万吨级煤变油项目需投资上百亿元。此外，直接液化对煤质要求十分苛刻，需选择易磨、含水低的煤，而且煤中含氢应该高，氧、硫、氮含量应低。 1927年德国建成世界上第一套年产10万t的煤直接液化装置。20世纪50年代廉价石油的开采，使煤制油失去经济竞争力而被迫停产。20世纪70年代发生石油危机，给煤制油提供了新的发展机会，俄、美、德、日先后开发了不同的煤直接液化工艺技术。但是，由于资金等问题，至今没有一个国家实现煤直接液化技术生产石油的工业化生产。 煤间接液化合成油是将煤先气化生成合成气，再通过费托合成转化为烃类化合物。此方法投资大，耗煤多，另外放出大量水和热。合成气分子利用率低，能效偏低。南非Sasol公司是目前全世界惟一用F-T煤间接液化技术进行现代工业化生产的工厂。年加工煤炭总量4590万t，生产130多种化工产品，总产量达760万t。但在世界其他地区，成本问题却成为煤液化大规模商业化发展的主要障碍。 我国的煤制油技术研究始于20世纪50年代，中国煤炭研究总院于1980年重启煤直接液化技术的研究。1997年以来，采用德国、美国和日本的煤炭液化技术，对我国不同煤种进行了试验，进行了建设煤炭液化示范厂的可行性研究工作。 21世纪初，中国煤炭研究总院和神华集团合作开发了具有世界先进水平的高分散铁质催化剂。目前，神华集团在上海建成了一套日加工原煤6t的煤液化试验装置，各项指标达到设计要求。2004年8月国家发改委批准神华鄂尔多斯煤直接液化项目动工，总规模为500万t/a。 中科院山西煤化所经过多年的研究和攻关，于2002年6月建成投产了设计能力为年产千吨级合成油的煤间接液化技术中试厂，目前正在山西潞安和内蒙建设工业示范装置。 兖矿集团于2001年启动间接液化技术研究，2003年7月在山东鲁南化工厂建成万吨级中试装置，2004年3月一次投料试车成功，目前正在陕西榆林进行产业化建设。 |
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“十一五”我国石油替代和再生能源部分产品发展分析(中) 2.2 甲醇汽油 甲醇为五色透明易燃易挥发的极性液体。纯品略带乙醇气味，粗品刺鼻难闻，有毒，饮后能致目盲。甲醇能与水、乙醇、苯、丙酮和大多数其它有机溶剂混溶。甲醇蒸汽与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限(体积)6.0%-36.5%。 甲醇燃料作为内燃机燃料的重要性能之一的辛烷值较高，可提高抗爆性、压缩比、热效率、减少排放；其次甲醇分子量较小、沸点较低，使甲醇燃烧过程中雾化性能好，燃烧充分，最大限度避免了燃烧积碳和油泥的出现。 在资源供应越来越紧张的今天，甲醇燃料受到世界各国的重视。在目前的开发应用中，甲醇燃料分为直接使用和间接使用两大类(见下表)。 甲醇 直接使用 M100 部分掺混 间接使用 电化学转化 直接燃料电池 间接燃料电池 化学转化 甲醇燃料直接使用具备如下特征： (1)甲醇氧含量高、热值低； (2)存在自供氧效应，减少CO和碳氢排放，NO。排放与汽油相当； (3)理论空燃比下混合气体热值与汽油相当，动力性能不会降低； (4)辛烷值高，可以提高汽油发动机的压缩比； (5)蒸汽压比汽油低，易形成气阻； (6)与水互溶，吸湿性强，微量水分可引起甲醇汽油相分离。 甲醇作为燃料直接掺入汽油，在国外开始于20世纪70年代的第二次石油危机，从替代能源的角度考虑，德国、美国、日本等国先后投入了人力、物力进行甲醇燃料及甲醇汽车配套技术的研究开发。在七八十年代，德国就推出了甲醇汽车，德国大众汽车公司还在中国推出M100甲醇汽车示范车。美国重点开发M85、M100专用甲醇燃料汽车。美国福特公司还开发了可使用甲醇与汽油以任意比例混合燃料的灵活燃料汽车(FFV)，这种车由燃料传感器识别成分，通过电脑提供发动机最佳运行参数，这样就不会受到加油站限制。目前FFV汽车在美国已经能大规模商业生产。日本对甲醇燃料研究始于20世纪80年代后期，进入20世纪90年代初期已有300多辆甲醇燃料汽车投入运行。自20世纪末以来，我国在甲醇掺烧汽油方面也取得了相当规模的运作业绩。 甲醇的理论特性接近汽油，具有比汽油高的辛烷值和高的自燃性。在我国一些具有资源优势的地区，如山西、四川、河南等地，甲醇汽油车辆的示范运行已有多年。考虑甲醇汽车技术进展情况，显然低比例甲醇适合在用车上使用，而高比例甲醇适合在专用的甲醇汽车上使用。因而，具有发展前途的应该是比例低于15%的甲醇汽油，以及技术比较成熟的M85高比例甲醇汽油。 1998年山西组织为期3年“煤制甲醇洁净燃料汽车示范工程”的推广运行，2002年10月起，在太原、阳泉、临汾、晋城四个城市进行甲醇汽油产业化试点工作。运行经验表明，低比例掺烧甲醇(M3-M5)可直接当汽油使用，其与汽油的替代比为1：1，并可以提高汽油的辛烷值，具有良好的抗爆性，车辆尾气排放物减少10%。中比例下M10-M20掺烧可以做到不分层，不乳化，存放时间可达3个月以上，但需要使用添加剂以解决低温启动困难、高温气阻、腐蚀溶胀、动力下降、油耗增高等问题。高比例M85甲醇汽油和M100(100%甲醇)不需要使用添加剂，主要存在低温起动性问题，因此需对发动机进行改造，包括气管加热、高能点火、预热型火花塞和缸内电热塞等。因此，研究表明，甲醇汽油在技术上是基本可行的。但是，从汽车运行的角度，如果进行大范围推广使用，还有待于做进一步的深入研究，从科研与示范的角度都还需要对运行中存在的问题进行深入的研究与试验工作。 到目前为止，已颁布施行的省级地方标准6个，山西M5和M15，陕西的M25和M15，黑龙江的M15等。 通过化学能的转化，可将甲醇用于生产甲醇燃料电池，作为现代和未来汽车系列的动力源，国外一些大公司已在多年前就对此项新能源技术的开发和应用给予了高度的关注，并逐步进行了相当规模的商业化运作。比如，戴姆勒-克莱斯勒已经开发出NECAR3型汽车，采用以甲醇为液体燃料的板式燃料系统；本田于2000年开发出了甲醇电池车，2003年开始商业化生产；日产已经开发出了甲醇电池车，2003年投入市场；福特公司已经开发出运动型原型车，采用甲醇液体电池发动机，2004年进行商业化生产；通用汽车公司也已经开发出了甲醇电池原型车，2004年投入商业化生产。美国为了促进甲醇电动汽车的技术开发和市场推广，在1999年9月由克林顿签署法案，以低税率和政府补贴的方式对甲醇电池技术予以支持。对新建甲醇充装站或改造现有的汽柴油加油站的，美国政府将给每座充装站3万美元补贴。 2.3 二甲醚 二甲醚是一种五色气体，具有轻微的醚香味，室温下的蒸气压力约为0.5 MPa。二甲醚易压缩、易贮存、燃烧效率高、污染低，可替代煤气、LPG作民用燃料。同时，二甲醚具有较高的十六烷值，可直接用作汽车燃料替代柴油。二甲醚燃料具有高效率和低污染的优点，可实现无烟燃烧。 二甲醚最大的特点就是燃烧时不会产生黑烟；不含硫，不会产生SOX；氮氧化物NOX可降低到3.5g/kWh以下，低于汽油与液化石油气体等燃料。使用二甲醚作为汽车燃料，汽车尾气无需催化转化处理即可达到高标准的“欧洲Ⅳ”排放标准。 二甲醚早期主要用作气雾剂，目前作为清洁燃料之一开始用于民用燃料和汽车代用燃料。预计二甲醚在LPG资源较为稀缺的地区市场发展潜力较大。 与LPG相比，二甲醚燃料具有以下特征：在同等的温度条件下，二甲醚的饱和蒸气压低于LPG，其储存、运输等均比LPG安全；二甲醚在空气中的爆炸下限比LPG高1倍，因此使用过程也比LPG安全；二甲醚的热值较LPG低，但二甲醚含氧，在燃烧过程中需要的理论空气量远低于LPG，从而使二甲醚的预混气热值和理论燃烧温度高于LPG；二甲醚组分单一、含氧、碳链短，因而燃烧速度快、燃烧完全、热效率高。 二甲醚具有较高的十六烷值，是替代柴油的好产品。尾气排放达欧Ⅲ标准，部分达欧Ⅳ标准，发动机动力性超过柴油，目前样车已行驶6000km。但二甲醇汽车发动机要重新设计，油路系统需加压，加油站投资较大。 与柴油相比，二甲醚燃料具有以下特征：十六烷值高，动力特性好；易挥发，低温启动性能及加速性能好；富含氧，燃烧尾气洁净排放。在欧洲，VOLVO汽车公司研制出了燃用二甲醚燃料的大客车样车用于试车与示范。在日本，NKK公司和交通公害研究所分别研制了燃用二甲醚燃料的卡车样车，并计划小规模推广。 我国目前二甲醚生产能力约35万t/a，其中山东久泰化工科技股份有限公司和泸天化集团有限公司是国内最大的二甲醚生产企业，其产能占国内总能力的74%；国内二甲醚产能主要分布在华东和西南地区，分别在国内总能力的53%和36%；2005年我国二甲醚产量约为10万t，表观消费量为10万t。预计到2010年和2015年，国内市场二甲醚需求量为200万t和400万t，市场空间大，发展前景好。目前正在建设中的二甲醚能力约70万-90万t/a，此外还有许多地方和企业正在进行前期工作，预计到2010年国内将形成二甲醚能力150万-200万t/a。 2.4 乙醇汽油 植物是生产乙醇的基本原料，乙醇在消费过程中又全部分解为植物光合作用的原料。因此，在整个自然界系统中，乙醇的生产和消费过程是无污染的闭路循环，乙醇是可再生的绿色清洁能源。 发酵法生产燃料乙醇项目在我国乃至全球范围内均受到重视，并得到各国政府的大力支持和提倡。目前，世界上生产的燃料乙醇大部分是以甘蔗、玉米、薯干和植物秸秆等为原料糖化发酵制造的。纤维质是地球上资源量最丰富的可再生资源(秸秆、农作物壳皮茎秆、树枝、落叶、林业边脚余料和城乡固体垃圾等)，只有纤维作为乙醇的原料，才能满足人类社会未来对液体能源的大量需求。以植物纤维为原料，经微生物发酵生产乙醇是实现燃料乙醇生产经济性的最具前景的工业技术。其融资地位和投资优势非常显著。 在大规模生产燃料乙醇的装置中，精馏塔主要采用恒沸精馏、萃取蒸馏和现代分子筛三种方法。 世界各国都加快了开发燃料乙醇的步伐。例如，Total(道达尔)公司、美国Novozymes公司和美国国家可再生能源实验室(NREL)、美国杰能科(Genencor公司)、加拿大Iogen公司与加拿大石油公司、西班牙Abengoa公司等等。 2005年全世界生物燃料乙醇产量为3000万t，其中巴西和美国的产量达到1200万t。在国际乙醇工业的发展过程中，巴西始终处于领先地位。目前，巴西提升了国家能源安全，燃料乙醇行业累计创造效益达520亿美元，而且为近100万人提供了就业机会。此外，二氧化碳排放量降低50%，大气和生态环境显著改善。2005年美国生产了40亿US gal(US gal=3.785 L)的乙醇，美国有1/3的汽油是含有10%乙醇的混合燃料。2012年，美国政府强制的乙醇使用量降从2005年的40亿US gal增加到75亿US gal。2030年，乙醇将占美国运输燃料消费总量的20%。预计未来10年内，全球燃料乙醇年消费量将达到160亿-180亿US gal。 目前，我国正在推广乙醇汽油，已有一整套产品标准和配套使用规范，正在一些地区有计划地推广。 2005年，国内四家燃料乙醇定点厂总生产能力超过100万t/a。其中，黑龙江华润酒精有限公司25万t/a、吉林燃料乙醇有限公司34万t/a、河南天冠燃料乙醇有限公司30万t/a和安徽丰原生化股份有限公司32万t/a。 2006年，吉林燃料乙醇公司新增了10万t/a燃料乙醇的生产能力，河南天冠集团达到生产50万t/a燃料乙醇的能力，安徽丰原公司生产能力达到44万t/a左右。甘肃金星生物化工有限公司的玉米淀粉建设项目进入设备安装阶段，预计2006年6月即可投入试生产，年生产能力为10万t/a。 由于3.3 t粮食才能生产1 t乙醇，使其成本较高。目前，国内燃料乙醇的生产成本约为3300元/t，同标号汽油约为3700元/t，乙醇汽油的市场价格约为5000元/t(含政府补贴)，加以考虑到生产过程中的副产品价值，目前阶段燃料乙醇产品具有一定竞争力。 目前乙醇汽油的消费量已占全国汽油消费量的20%左右，预计未来10年内，我国燃料乙醇需求量估计每年也将达500万-600万t。 2.5 生物柴油 生物柴油是以含油植物，动物油脂及废食用油为原料制成的可再生清洁能源，天然油脂多由直链脂肪酸的甘油三酯组成，与甲醇酯交换后，分子量降至与柴油相近，且具有接近于柴油的性能，并且不含硫和芳烃，十六烷值高，是一种优质清洁柴油。生物柴油是可再生能源，又对各种车辆具有良好的适用性，各国已将其作为新型替代燃料予以重视。目前生物柴油成本尚高，技术上有较大改进的余地，推广将会晚一些。 与常规柴油相比，生物柴油具有优良的环保特性，使用生物柴油可减少90%的空气毒性。因而，生物柴油能在减少大气污染、保护环境的同时，有效节约石油资源、缓解用油紧张状况。生物柴油具有耐低温和较好的润滑性能；闪点高，安全性好，不属于危险品；作为可再生能源，不会枯竭。生物柴油已经成为替代燃料中增长最快的产品，在未来几年内必将成为高附加值的产业。 美国、德国和意大利等国都制定了生物柴油技术标准，完善了生物柴油的产业化条件；并且政府实施鼓励政策，如在生物柴油的价格上给予一定的补贴，使生物柴油的价格比其他柴油更具有竞争优势。 全球90%的生物柴油产自欧洲。2005年欧盟生物柴油产量增长65%，达到350万t以上，已占到成品油市场的5%，成为世界最大的绿色燃料生产区域。预计2010年欧盟生产能力将达到830万t/a。2005年欧盟各成员国运输燃料中的生物燃料混合比例达到2%，到2010年将达到5.75%。目前德国是世界最大的生物柴油生产国和消费国，年产量超过150万t，建立了1 600多座生物柴油加油站。日本生物柴油生产能力达到40万t/a。2005年，美国生物柴油生产能力为30万t/a，产量达到25万t。 2005年我国成品油消费量大约1.7亿t，柴油的消费量约1亿-1.1亿t，其中三分之一要靠进口石油来满足消费需求。2004年国家科技部启动了“十五” 国家科技攻关计划“生物燃料油技术开发”项目。2004年，国家发改委表示将积极发展以能源作物为主要原料的生物质液体燃料，并于2006年1月1日开始正式实施《中华人民共和国可再生能源法》，明确鼓励发展生物质能源。2005年国家专项农林生物质工程启动，规划2010年生物柴油产量达200万t，2020年产量达1200万t。 目前，我国生物柴油已建和在建的装置加工能力未超过100万t/a，近期关注这一产业的中外企业很多，单套装置的规模迅速扩大。按我国近几年的柴油消耗量(每年消费柴油8000万-10000万t)计，如果在石化柴油中添加10%-20%体积的生物柴油，则每年需要生物柴油800万-2000万t。目前，生物柴油的价格约为4600元/t，其成本约为3700-4000元/t，具有一定的盈利空间。预计未来10年内，生物柴油产品将占领20%-30%的市场需求空间。 2.6 液化石油气(LPG) LPG汽车早已在中国一些重点城市推广，2004年底LPG汽车保有量11.4万辆，LPG加油站约350-370座。但LPG随石油短缺而紧缺，而且压缩站投资很高，尾气排放也不理想。 2.7 压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG) 2004年CNG汽车保有量9.7万辆，建成CNG加气站约350-370座，消耗天然气9.4亿m3。CNG建站费用非常高，天然气依靠进口，尾气排放比较清洁，与甲醇汽油差不多。2005年进口LNG 320万t，2010年预计将进口1500万t以上。2008年北京将在4000辆公交车上使用天然气，占全部公交车的20%。CNG汽车的推广与天然气和汽油的价格差有关，随着天然气价格及汽油价格的调整，其发展前途很难估计。LNG成本更高，适宜长距离运输，目前国内尚无LNG汽车。 2.8 燃料电池 燃料电池按电化学原理直接将化学能转化为电能。燃料电池汽车与一般可充电电池、电动车不一样，可行驶450km。燃料电池汽车尾气排放少，有利环保，但燃料电池价格高。作为新一代汽车能源动力的远期解决方案被全球看好，全球能源科技资金的12%投向氢能燃料电池，很多关键技术得以突破。 |
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“十一五”我国石油替代和再生能源部分产品发展分析(下) 3 我国替代燃料的发展态势和支撑条件分析 3.1 煤制油 近几年，我国煤制油的技术进展较快，不论直接液化或间接液化都逐步进入工业示范阶段，能源的紧缺和技术的进步，使得各方面给予煤制油高度的关注。煤制油工艺复杂，投资较大，能耗较高，对煤质有一定要求，并非所有地区都具备条件建设。建议在有条件的地区可建设二三套直接液化和间接液化的示范装置。今后一段时期，石油炼制仍然是油品生产的主导工艺。 3.2 甲醇燃料 3.2.1 甲醇燃料的供应状况 2005年国内甲醇总能力达到约867万t/a，有效能力约720万t/a，2005年国内甲醇产量535.6万t，表观消费量为666.2万t；目前国内甲醇生产主要分布在中南和华东地区，分别占国内总能力的25%和23%。 国内在建和拟建甲醇项目较多，总能力约有1500万t/a，主要集中在西部地区，这些项目如能顺利进行，预计到2010年国内甲醇总能力将达到约2000万t/a。 对于甲醇基地的建设，首要考虑地区资源条件和环境容量；若要形成区域性和规模化的甲醇商品供应基地，必须考虑最低成本的运输方式供应市场，如管道运输；首先应考虑在石油资源相对匮乏地区建设甲醇燃料供应及使用基地。 3.2.2 甲醇燃料所面临的问题 随着国际油价的上涨和国内大规模甲醇装置的建成，甲醇生产成本将进一步降低，可以与汽油价格进行竞争，为发展甲醇燃料提供了机遇，使其市场前景更为广阔。此外，甲醇作为车用替代燃料的推广可以在一定程度上缓解我国原油短缺。 真正让消费者接受甲醇燃料也需要一定的时间，需要通过标准和科学的数据消除初期消费者的各种使用顾虑。另外，制造和改造甲醇汽车的准备不足，尤其是在高比例M85掺烧应用时，还需要对发动机进行适当改造，如何实施对在用车的改造，以及如何组织新车的生产，仍是一个系统工程。 3.3 二甲醚 3.3.1 替代LPG 二甲醚液化气在室温下压力符合现有LPG要求，可用现有的LPG气罐集中统一盛装，储运安全，组成稳定，无残液，可完全利用；与LPG灶基本通用，使用方便，不需预热，随用随开；二甲醚也可按一定比例掺入液化气中和液化气一起燃烧，可使液化气燃烧更加完全，降低析碳量，并降低尾气中的一氧化碳和碳氢化合物含量；二甲醚作为民用燃料，已经开始在山东、四川、陕西、云南、重庆、安徽等地区逐步推广使用。 3.3.2 替代柴油 我国二甲醚燃料发动机研究与发达国家基本处于同一起跑线上。上海交通大学燃烧与环境技术研究中心，自1997年以来对二甲醚燃料喷射过程、燃烧过程、发动机性能、可靠性和材料相容性进行了深入系统的研究，自主研制了适合于二甲醚燃料特性的发动机燃料供给、喷射系统和燃烧系统，成功开发了D6114ZLOB二甲醚燃料发动机。此后，该中心联合上海汽车工业总公司、上海申沃客车有限公司、上海柴油机股份有限公司、上海华谊集团公司、上海焦化有限公司等单位承担了二甲醚汽车国家科技攻关项目，成功研制了我国第一台具有自主知识产权的二甲醚城市客车，并通过了发动机台架试验、整车道路试验。 二甲醚燃料汽车是上海目前发展新能源汽车中的重要一员。上海市经济委员会刚刚出炉并对外公布的2006-2008年上海新能源汽车发展项目指南中明确提出，今年底上海将完成二甲醚燃料汽车产品样车开发，2007年完成30辆示范车辆生产，实施二甲醚燃料汽车车队示范，到2010年上海世博会前，二甲醚汽车在上海将形成1000辆以上的使用规模。 3.3.3 面临问题 二甲醚代用柴油最适合我国成品油消费需求，二甲醚汽车发动机开发也取得了很好的成果，最大的瓶颈在于推广难度。关键有三个环节：二甲醚加压配送体系的建立；二甲醚汽车的改造；二甲醚燃料的规范和标准。 二甲醚在汽车上的应用尚处于起步阶段，业界对于应否大规模应用尚存争议。由于二甲醚是柴油的惟一理想替代燃料，应加快推进二甲醚燃料发动机的开发和产业化，加速二甲醚的推广进程。 3.3.4 生产基地建设 对于大型二甲醚装置的建设，应考虑依托大型甲醇装置，并考虑建设加压运输设施；也可以根据市场需求情况，在二甲醚需求地区有序建设二甲醚供应基地，以减少二甲醚运输半径，向市场提供具有经济性的清洁气体燃料。 3.4 燃料乙醇 3.4.1 我国燃料乙醇发展的原料条件 我国能源农业可利用的土地资源大约有760万平方公顷，而且所利用的土地与规划中的农业用地并无多大冲突。目前，我国乙醇原料的80%是谷类。由于我国耕地资源仅占世界总量的7%，而人口占世界总人口的22%，粮食并不能保证长期大量盈余。目前，我国可以积极发展木薯、红薯、甘蔗、甜高粱等不与口粮生产争地、争水的高产、高糖或耐旱、耐盐碱的代粮经济作物，为生产燃料乙醇开发更多的原料储备。从长远发展的角度出发，开发替代粮食资源(例如木质纤维类生物质)及其相应的燃料乙醇生产技术，是解决燃料乙醇原料成本高、原料有限的根本出路。 3.4.2 燃料乙醇产业是促进农业产业化的载体 发展燃料乙醇产业可以有效扩大粮食转化的方向，将玉米等非主要口粮和农业秸秆类物质转化为生物产品或生物能源。调整产粮结构，刺激粮食生产，促进我国农产品深加工业，逐渐建立一个新的农产品转化市场，促进农业生产的良性循环，进而可得到一个长期、稳定、可控的粮食转化市场，保障粮食安全。增强和巩固加入WTO后我国粮食生产的基础地位，有效地推动了农业产业化进程，形成了“增产-消费-刺激再生产”的良性循环，有效地延长了农业的产业链条。 3.4.3 燃料乙醇对我国能源产业的影响 汽油里加入10%的乙醇，油品的含氧量可达到3.5%，辛烷值可提高近3个标号，又降低了油品的芳烃含量，使油品的燃烧性能、动力性能和环保性能均得到了改善。如果我国的汽车能使用10%的乙醇汽油，每年可以减少石油消耗数千万吨。既可以缓解我国当前的石油资源短缺状况，又能增加汽油的含氧量，减少污染物的排放。 在低温燃料电池诸如手机、笔记本电脑以及新一代燃料电池汽车等可移动电源领域，乙醇目前已被确定为安全、方便、较为实用理想的燃料电池燃料。乙醇汽油的发展还可以带动乙醇生产、储存、流通、加工、汽车零部件生产等相关产业的发展。 3.4.4 燃料乙醇对我国畜牧业的影响 燃料乙醇的生产过程是饲料蛋白资源的增值优化过程。燃料乙醇在生产过程中只消耗粮食中的淀粉，对蛋白质等其它营养物质是一个浓缩过程，使不易被利用的蛋白转化为优质酵母蛋白的过程。以玉米原料生产乙醇为例，3t玉米可以生产1 t酒精和1 t DDGS蛋白饲料。其中，DDGS饲料是国际市场公认的优质蛋白饲料，蛋白含量达30%左右，富含氨基酸、维生素和矿物质，是优良的配合饲料原料。 结合乙醇的生产特性，从社会资源配置角度，国家可以通过宏观调控和市场机制，把用来直接做饲料的粮食资源，先生产燃料乙醇，然后使副产物DDGS再回到饲料市场，促进饲料工业和养殖业的现代化进程。 3.4.5 燃料乙醇的环保效应 随着燃料乙醇的推广，可以大量节省大中城市治理空气污染的费用。例如，据环保部门监测，北京市空气污染60%-70%是汽车尾气造成的。在其它方面投资治理费工、费时、费资金，尾气污染重点要在“油”上下功夫，只有这样针对性强，效果才好。仅推广乙醇汽油一项措施就可使尾气污染减少三分之一，而需要的补贴值只有1.5亿元左右，而目前北京市每年用于治理空气污染的费用需十几亿元。 3.4.6 发展燃料乙醇的应注意的问题 (1)保障原料供应 原料来源零碎对发展大规模燃料乙醇生产很不利，生产企业需要稳定、充足的原料供应。 (2)控制成本 目前汽油发动机技术已相当成熟，新能源汽车在成本及产业化方面短期内无法与其竞争。因此，传统的汽车在未来相当长一段时间内不可能退出市场，汽柴油仍然主导汽车燃料的市场，乙醇汽油将处于辅助位置。因此，控制乙醇成本，是提高乙醇汽油市场竞争能力的关键。 (3)加强环保 生产乙醇会产生大量废液，因此如何处理生产废液，达到环保要求，成为企业生产的重要前提。 3.5 生物柴油 3.5.1 我国生物柴油的原料选择 燃料油的原料资源是整个生物柴油产业中最重要的一部分，它的成本高低对生物柴油的价格起着决定作用。生物柴油可采用的主要原料一般分为以下几类： ①亚麻、大豆、菜籽、橡胶籽、膏桐籽、蓖麻、花生、棕榈、棉花籽等油料作物； ②餐饮等行业回收废油； ③植物油油泥； ④几种极具潜力的燃料油植物：麻疯树、 光皮树、黄连木、欧李、海蓬子； ⑤采用微生物酯发酵-作物秸秆，能源植物(柳枝稷、芒草等)，高糖植物(甘薯、木薯和菊芋)。 目前，我国的油料主要来自草本油料，大部分都用来生产食用油，而我国同时还需要大量进口食用油来满足国民的需求，所以我国生产生物柴油的原料应该向木本油料转变。 木本油料具有以下特点：适应性广；种植一次，收获多年；保持水土，涵养水源，改善环境；不与农作物争地；可提供一些优质木材及某些特种化工原料。美国科学院推荐的适于世界不同气候带栽培的60多种优良能源树种中，几乎有一半原产于我国，或我国已有引种。从这些丰富的油脂植物中可以筛选出大批有发展前途的燃料油植物。 随着微生物酯发酵工艺的开发，生物柴油的原料来源可以拓展到纤维类生物质。 3.5.2 生物柴油生产技术分类 目前国内外生物柴油的生产方法可分为以下几类： ①直接混合法，原料为植物油； ②微乳化法，原料为动、植物油； ③高温裂解法，原料为植物油； ④酯交换反应法，原料为动、植物油及食品工业废油； ⑤微生物酯发酵法，原料为各种生物质。 在上述多种工艺中，通常采用的是酯交换反应法。该工艺的特点是植物油脂经预处理除去杂质、水分和游离酸，然后在催化剂的作用下与甲醇发生酯交换反应。反应结束后进行分层，上层为粗制的生物柴油，下层为甘油。粗制的生物柴油经精制即得生物柴油(脂肪酸甲酯)。副产甘油与氯化氢反应可制得环氧氯丙烷；也可以将甘油转化为1，3-丙二醇，用于新型材料PTT的原料。 水、游离酸是酯交换反应的大敌，对催化剂有毒害作用。反应前必须对原料油和催化剂进行处理。降低原料油的酸价和水分含量，同时对催化剂进行脱水干燥处理。 现行的工艺流程复杂，原料要求严格，三废排放造成环境污染等。我国应加快开发环境污染小的生物柴油生产技术，不断降低生产成本。 3.5.3 我国发展生物柴油面临的问题 (1)规模化的原料生产和集中问题 据估算，我国的膏桐、黄连木等油料植物可满足年产上千万吨生物柴油的原料需要，但分布分散，尚不足以支撑生物柴油规模化生产。 废弃动植物油回收可年产约500万t生物柴油，但回收和集中尚有一定难度。 (2)生产技术 目前，以废动植物油为原料生产生物柴油的技术较为成熟，但发展潜力有限。以油料植物为原料生产生物柴油的技术尚需要经过工业试验后才能大规模生产。 (3)政策和市场环境 我国目前尚未制定促进生物柴油生产、销售、使用等相关鼓励政策，也无生物柴油国家标准，更未形成完善的生物柴油销售渠道。 4 结束语 随着我国经济快速发展，能源紧张状况将日益严峻。因此，新能源和石油替代的部分产品也越来越得到各方面的关注。如何发展我国石油替代产业是一项值得认真研究和分析的课题，如何实现这些产品的发展目标更是一项长期的系统工程。应该采取科学的态度，客观地分析周边的条件和所处的环境，选择合适的机会将石油替代产业的发展向前推进。 |
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