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液体燃料替代方案 谁领风骚

科学时报 2001年9月27日

□中国工程院院士、清华大学教授 倪维斗

2000年,我国净进口原油约6000万吨,净进口成品油2000多万吨,进口石油占国内需求总量的约30%。石油不足,已严重威胁到我国的能源安全与经济安全。

那么,我国应如何应对?一时众说纷纭,各种药方相继开出。例如,外向型药方:认为石油依赖国外已成定局;内向型药方:认为应加强勘探;替代型药方:有的主张用剩余粮食和生物质制燃料酒精,有的大力呼吁煤制油,还有的主张发展甲醇、二甲醚(DME)等等。

应该说,这些都是可行的方案。但究竟哪些方案更符合我国资源、环境和经济的要求,是我们的首选?哪些方案只能作为一种补充?又如何使我国的能源相关技术将来在世界上占据一席之地呢?本文将做一些探讨。

清洁煤技术是替代方案的首选

从国外大量进口石油,必然易于受制于人。因此,我国的能源问题必须主要立足于自身资源状况。

据有关资料显示,我国可采的煤炭资源比石油资源多一到两个数量级。因而,我国应大力发展清洁煤技术,用我国相对丰富的煤炭资源弥补石油资源的不足。这一点,南非已为我们做出榜样。该国和我国一样富煤少油,但该国的Sasol公司从20世纪50年代开始发展煤炭间接液化技术,目前拥有世界上最大的煤炭间接液化装置,年产油品等煤化工产品约800万吨,可以满足全国20%以上的石油需求。

关于煤炭资源,有几点必须澄清:

 1.煤炭并不一定是“肮脏的能源”。能源“洁净”与否,必须和使用能源的技术联系在一起。采用清洁煤技术和先进内燃机技术,完全可以满足环保要求。

2.清洁煤技术并不是我们一时的应急之策。从长远看,我国石油天然气资源必将逐步枯竭,而那时煤炭资源还有相当数量,清洁煤技术和未来的可再生能源技术是那时主要的能源技术。所以对清洁煤技术的研究与开发,必须持之以恒。

3.清洁煤技术不一定会加剧温室气体的排放。清洁煤技术如果能做到大规模应用,那么生产过程中的二氧化碳可以收集起来作为化工原料,或埋藏于油井、煤矿以助于石油、煤层气等资源的开采,变废为宝。

清洁煤技术的核心是煤炭气化,即煤经过气化炉转换成合成气,用来发电、生产合成燃料以及其它化工产品。DME、甲醇以及煤制油(间接液化),就是合成气经过蒸汽重整后经各自的催化剂化工合成得到的清洁燃料。这三者在工艺上是互通的,是很有发展潜力的替代方案,而其中又以DME的生产和应用技术最具前途。以下是对这3种替代方案的具体技术、经济分析。

重点发展二甲醚技术实现能源技术跨越式发展

二甲醚(DME)是目前世界上普遍看好的未来超清洁燃料,各国都在下大力气发展它的生产和使用技术。它具有如下优点:

1.广泛的可获得性。可以由煤和天然气制得。

2.超清洁。目前我国汽车尾气排放执行的基本上是欧I标准,而DME各项排放指标甚至大大低于目前世界上最严格的欧III标准,比LPG、汽油、柴油、甲醇、乙醇的排放都要低得多,被誉为“21世纪的绿色燃料”。

3.良好的替代性。作为生活燃料,DME与LPG在物理性质上极为相似,并且完全可以利用现有的LPG运输、分配与储藏设施。作为车用燃料,可以很好地替代柴油。而在我国成品油中,LPG和柴油的缺口最大。因而,DME对于我国资源利用和环境保护这两者的协调发展有着极为重要的意义。

DME的传统生产技术是两步法,即由合成气生成甲醇,甲醇再脱水得到DME。这样,DME成本高于甲醇。

而现在又出现了一种先进的一步法,即由合成气直接反应生成DME,可大大降低成本。据悉,宁夏银川正在筹划年产83万吨二甲醚项目,初步决定采用美国空气产品公司(APC)的技术,DME的成本在1200元/吨左右。DME如果按2200元/吨的价格出售,根据热值比例,相当于柴油3000元/吨的售价,加上燃烧效率的提高和排放的降低,DME在商业上非常具有竞争力。

目前用DME替代生活燃料LPG,在经济和技术上都不存在任何问题。作为车用燃料替代柴油,燃烧方面也无问题,但由于其粘性很小,容易磨损柱塞喷油泵。此外,由于其常压是气态,容易在供油管中形成气阻,是当前DME用于内燃机的一大难点,各国都在竞相研究。

DME燃料对于我国未来能源战略的重要意义,这不仅仅在于它的资源优势和环保特性,它的发展还是我国能源技术实现跨越式发展的一个极好机会。

我国目前能源与环境的研究水平和实际工作很有可能使我国的能源行业进入一个误区:环保立法总是比欧美晚一步,使国内的能源相关行业特别是汽车工业成为国外淘汰技术的转移地。

西欧早已通过了十分严格的欧III标准,正在酝酿欧Ⅳ。而我国目前的标准仅相当于欧Ⅰ标准,然后慢慢严格至欧Ⅱ、欧III标准等,始终晚一步。我国的能源工业技术水平普遍比发达国家落后,要在短期内赶上很困难,且自主开发能力不强,提高技术水平的办法很大程度上依赖引进。而国外则完全可以将他们已经淘汰而在我国尚属先进的技术转移到国内,同时又进一步压制国内自主开发能力,因而很可能使得我国能源行业总无法摆脱对国外的依赖。

我国科技开发的总体思路就是有所为,有所不为。而DME正是这样一个大有可为的领域,它是各国竞相研究的热点,也是我国能源未来发展的一个最有希望的方向。尤为重要的是,目前各国对DME的生产和应用研究都处于起步阶段,我国的研究也毫不逊色:中科院山西煤化所在两步法和一步法制DME领域都有相当的研究,西安交通大学对于DME在柴油机上的燃烧试验也得出了不错的结果。目前,世界上基本掌握一步法制取DME技术的公司有美国的APC公司等,但是它们也没有大规模生产的经验。我国宁夏的83万吨DME生产项目要引进的就是APC的技术,这个项目在世界上都算得上是开创性的工作。另外,西安交大等高校和研究单位也在积极申请立项,力图在较短时间内解决DME在内燃机中的应用问题。

DME还有一个比较重要的意义就是符合我国西部大开发和经济发展的战略。开发煤制DME,可充分利用西部丰富的煤炭资源,保护环境,提高人民的生活质量。

目前制约DME推广的问题是价格,如何降低DME的生产成本,使之比LPG有竞争力,是我国化学工业的一个重要研究方向。

 发展DME可大体上分为3个步骤:

1.在当前条件下用作生活燃料,取代LPG。这样可以扩大DME的需求量,使之逐步发展壮大,达到作为国内重要替代燃料的规模。

2.开展DME内燃机研究,早日攻克技术难点,并尽快实现从实验室技术到产业化的转变。这样可进一步提高DME的需求量,加上一定的政策扶植,使得DME内燃机在国产汽车中得到广泛使用,充分替代柴油。

3.现在还可以开展以DME为燃料的燃气轮机发电尝试。

目前,氢能十分“热”,说什么迎接“氢经济时代”的到来。因为氢燃烧变成水,是零排放。但实际上,氢作为载能体,要普遍应用还有大量技术经济问题需要解决,如大规模、经济地制氢,氢的储运和分配,用氢的燃料电池等等,都需要相当长的时间。因此,应明确提出“DME经济”的奋斗目标,在技术上作跨越式的前进。因为无论是替代LPG,还是替代柴油,或是用于发电,其制备、储运、分布都比较容易解决,比“氢能经济”更加摸得着,做得到。

车用燃料甲醇——目前最成熟的替代方案

煤制车用燃料甲醇,目前看来是技术发展得最成熟的替代方案。我国从“六五”期间就开始了这方面的研究,山西省已顺利进行了示范工作,正在实现产业化。

煤制甲醇具有如下优点:

1.技术成熟。

2.清洁。既可以单独作为车用燃料,也可以作为氧化剂与汽油混合,提高辛烷值变成高标号汽油,同时使得排放低于国家标准。

3.经济上可行。在富煤少油地区如山西,使用甲醇燃料比同等车型使用汽油作燃料更加经济,更具竞争力。加醇设备只需在加油站安装常压的储醇罐即可,成本远远低于LPG和CNG的高压设备。但是,甲醇的毒性却是一个最令人担忧的问题。甲醇具有毒性,人如果饮用会导致双目失明甚至死亡。但研究表明,如果能做到安全操作,甲醇就不会对人体产生什么危害。而且,甲醇发生火灾的危险性比汽油还要小,泄漏的甲醇可以被环境中的需氧微生物分解,在环境中存在的时间不会太长。 因此,如何严格管理甲醇的流通渠道,是甲醇车安全推广的一个最重要的因素。

煤制油——大力发展间接液化技术

煤制油就是将煤炭通过化工过程变成油品,分为间接液化和直接液化。前者是将煤炭气化后将合成气合成为高标号汽油等油品,后者是直接对煤炭进行加氢反应生产油品。

间接液化在世界上已有大规模的生产厂家,如南非的Sasol公司。我国的间接液化技术也相对成熟,中科院山西煤化所在1994年已进行了年产2000吨高标号汽油的工业性试验,通过了中科院和山西省的鉴定。

两种液化方式相比,间接液化更具有发展前途,原因如下:

 1.间接液化生产技术更加成熟。

2.间接液化的油品质量高。

3.间接液化的技术路线通用性强,联产、转产灵活。

4.国际上也更看好间接液化。

2001年09月27日 13:21:36  清华新闻网

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