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科学发展交通替代能源

光明日报 2005-1-6 金涌

   金涌,1935年出生于北京,化学工程专家。1997年当选为中国工程院院士。1959年毕业于原苏联乌拉尔工 学院,现任清华大学化工科学与技术研究院院长,清华大学化工系教授。

   多年来,通过研究气固湍动流态化流型转变,提出了流型转变的机理模型和定量判据,发明了湍动流化床新型复合内构件,改善了流化质量,解决了工程放大的难题,成功地用于指导六种工艺,30余台大型工业流化床反应器的改造或设计。

   科学发展观是以社会经济可持续发展为基本考量点,要求珍惜资源:即资源的充分利用、有效利用、重复乃至循环利用;要求节约能源:即能源的高效利用、梯级利用和可再生能源的开发利用;要求保护生态环境:即污染的源头防治,产品的全生命周期(从原料、助剂、成品、副产物)清洁;生产过程、流通过程、消费过程和代谢过程的清洁。在满足上述要求的条件下,实现经济效益和生产效率的最大化。在市场经济条件下,经济上不能盈利是难以为社会经济战略发展做出持续贡献的。

   随着世界石油价格的飙升,石油市场的不稳定,以及近年来中国石油需求量迅速增加,导致进口量猛增,预计到2020年,每年将有约2.5亿吨石油缺口。这一系列问题引发了国内对中国交通替代能源研究和开发的讨论。如何根据我国煤炭资源相对丰富的国情,在科学发展观的指导下,正确解决这一重大问题,显得十分迫切和重要。

   为了对交通替代能源有一个全面的战略思考,可参考世界各国解决相同问题所提倡的发展理念。如,“阳光经济”是欧洲提出的解决替代能源的路径,它采用大量种植转基因菜籽,通过菜籽油与甲醇的酯交换反应,生产生物柴油,用生物柴油燃料驱动汽车,尾气排放是清洁的,其CO2(二氧化碳)排放量要少于菜籽油种植中植物吸收的CO2量,生物柴油目前在欧洲已经形成了百万吨/年的生产规模,成为最成功的可再生能源之一。“阳光经济”同样在南美洲,特别是巴西得到了重要的工业应用。另外,还有“氢能经济”,这是美国对“后石油时代”交通替代能源的战略思考,以及“煤变油”的南非路线等。

   我国在交通替代能源的技术路线选择上,必须根据我国国情进行独立思考,通过综合途径解决难题。

   一、首要的任务是采取各种措施,节约作为工业燃料油消耗的石油。我国每年消耗燃料油为34MT(百万吨)左右,其中电力、钢铁、石化、建材等占70%,其中发电用燃料油约为13MT/年,是可以直接用煤替代的。

   二、发展重油加氢技术取代焦化炼油装置,每年约有40MT重质原油,通过焦化过程进行轻质化加工是十分不合理的。不可思议的是一方面通过大量能量消耗,把煤炭转化成油;另一方面,又把大量重油转化成焦炭。如果采用煤制氢,再把氢气用来进行重质油加氢重整,每年就可多产数千万吨以上的轻质燃料油。

   三、需要适度发展“醇-醚燃料”路线。每合成1吨甲醇仅耗用2.0~2.2吨煤,在汽油中掺混5~15%的甲醇,在技术上、经济上是完全可行的。当然,全甲醇汽车尚有待进一步研究。二甲醚作为柴油代用燃料,其十六烷值高于柴油,其尾气直排符合欧洲III号标准。而由于二甲醚没有碳-碳链的合成过程,其合成反应原子利用率为0.72,大约是合成油的1.64倍,更为重要的是由于它是含氧燃料,汽车气缸内完全燃烧所需吸入的O2和N2少,可使每公斤二甲醚和每公斤柴油开车里程相同。合成1吨二甲醚耗煤量约为2.3~2.4吨,所以,二甲醚作为替代石油的燃料符合循环经济发展理念,既节约资源、能源,又保护了环境,但它也需要有国家的培育过程。如二甲醚的输配系统不能直接利用现有汽、柴油系统,但对于城市公共交通车、出租车,在推行燃气汽车的同时推行二甲醚燃料,在技术上、经济上都是可行的。

   四、替代化工原料用油。我国合成乙烯等化工过程生产用油量大,到2010年化工生产用油量可能增加到47MT~56MT左右。这部分油料可以用煤-甲醇、二甲醚-乙烯、丙稀合成路线代替,这样又可顶替下大量石油消耗,不致产生一方面以高能耗为代价,通过煤合成油把碳-碳链接长;另一方面,又通过裂解石蜡为油和柴油制乙烯工艺把长链烃裁短的不合理产业决策。

   五、由于天然气在世界上的储量和产量的持续上升,其来源稳定性和价格都远优于石油,所以进口天然气进行加工或原产地加工后进口,也是一条国际上“后石油时代”的重要思考理念。我国必须加快开发天然气加工技术,即天然气转化为低H2/CO比合成气技术,合成甲醇、二甲醚、柴油、低碳烯烃技术,以应对发展需求。

   总之,在对我国交通替代能源进行战略思考的时候,切莫忽略我国国情的制约,永远遵守既要节约资源、能源和保护环境,又要高效率、高效益,按经济规律办事,才符合按科学发展观办事的原则,促进我国经济长期、高速、可持续发展的目标。

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2005-01-06]
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