(中)我国实施石油替代战略途径和发展建议
全国生物柴油行业协作组
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2007-8-14 16:21:28
3 实施石油替代战略的途径
在四大类石油替代产品中，包括气体燃料(天然气、液化气、氢气)、合成燃料(煤制油、天然气合成油)、醇类燃料(甲醇、二甲醚)、生物质燃料(生物质气化、生物乙醇、生物柴油)，目前已实现产业化推广的产品是压缩天然气、液化天然气和液化石油气。醇醚燃料中乙醇燃料推广顺利，甲醇和二甲醚刚刚起步，生物质燃料得到国家的高度重视。
3.1 气体燃料
作为石油的替代品，石油液化气和压缩天然气已在国内外得到推广。天然气是最清洁的车用燃料。1998年以来，我国实施清洁汽车行动。2005年，我国正式确定的清洁汽车重点推广应用城市(地区)已有19个，主要分布在川渝地区、东北地区、长江三角洲地区、京津地区、中原地区、广深地区和海南地区等。2005年初，我国燃气汽车保有量为21.5万辆，50%左右为CNG车(压缩天然气车)。有19个重点推广应用城市(地区)加气站数量达712座。发展燃气汽车的主要制约因素是最大运输里程较低，仅300km，适合于短途运输。目前，受到解决加气站网络以及车载容器容重比的问题进程迟缓的影响，燃气汽车发展仍受到限制。随着轻质气瓶的发展，以及液化天然气(LNG)储存技术的渐趋成熟。在天然气输气条件较好的大城市，更适于发展天然气汽车。
3.2 合成液体燃料
合成液体燃料主要是煤制合成油和天然气制合成油。煤和天然气都可以通过化学合成方法生产汽油、柴油等车用燃料。煤制合成油又包括煤的直接液化和间接液化。煤直接液化就是煤在催化剂的作用下直接得到油品；间接液化有两种：一是煤炭间接液化，指以煤为原料先经气化制合成气(CO+H2)，再在催化剂的作用下，经费托(F-T)合成，生成烃类产品和化学品的过程；二是煤经过甲醇，再在催化剂作用下生产油品。
国内煤制油研究开始于20世纪70年代，煤炭科学研究总院和中科院山西煤化所等单位研究开发煤直接液化技术和煤间接液化技术。1997-2000年，煤炭科学研究总院分别与美国、德国、日本等有关机构合作，完成了神华煤、云南先锋煤和黑龙江依兰煤直接液化示范工厂的初步可行性研究。2002年，中科院山西煤化所完成了2000t/a煤炭间接液化工业试验，于2002年6月建成投产了设计规模为年产千吨级合成油的煤炭间接液化中试厂，并于2005年验收。近年来，我。国加快了煤制油技术的工程开发进程，山西潞城、晋城开始建设煤间接液化示范厂。
神华集团一直在追踪研究煤制油技术，经过多年与国外公司合作开展煤直接液化研究后，神华集团采众家之长，开发了自主技术。2005年，神华煤制油中试装置(PDU)在上海建成并成功运行，为已开工建设的神华鄂尔多斯直接液化项目提供了有力的技术支持。与此同时，引进南非SASOL公司的间接液化技术的工作正在快速推进，有关单位已与该公司签署了合作谅解备忘录，正在研究陕西和宁夏与其合作建设两座煤炭间接液化工厂的可行性，项目前期工作正在进行之中。
3.3 醇醚燃料
煤基醇醚燃料就是由煤(包括原煤、煤层气、焦炉煤气)通过气化合成低碳含氧燃料，主要有甲醇、二甲醚(简称醇醚燃料)等，可分别替代车用汽油、柴油的燃料。经过多年技术开发与推广应用示范，我国醇醚车用燃料取得了较好进展。甲醇掺烧替代汽车的工作较为深入，二甲醚替代柴油工作已经开始。
3.3.1 甲醇汽油
运行经验表明，低比例掺烧甲醇(M3-M5)可直接当汽油使用。甲醇与汽油的替代比为1：1，并可以提高汽油的辛烷值，车辆尾气排放物减少10%；中比例掺烧甲醇(M10－M20)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；高比例掺烧甲醇(M85-M100)不需使用添加剂，主要存在低温起动性问题，需要对发动机进行改造，包括气管加热、高能点火、预热型火花塞和缸内电热塞等。高比例甲醇汽油在应用技术上是可以解决的。因此，甲醇汽油在应用技术上是基本可行的。但是，从汽车运行的角度考虑，如果进行大范围推广使用，还有待于做进一步的深入研究，特别是甲醇汽车对环境的影响尚没有科学系统的结论，从科研与示范的角度考虑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。
3.3.2 二甲醚
二甲醚是迄今为止最有可能替代柴油的合成燃料，因此近年来备受关注。我国由于油品生产柴汽比低，柴油供应紧张，汽油略有出口。从这个意义上说，发展二甲醚替代柴油对我国石油替代战略有更为现实的意义。
二甲醚(DME)是最简单的醚类化合物，在常温常压下是无色气体，比空气重；液化压力常温下为0.5MPa左右，物理性质与LPG很相近，运输及存储时可采用与LPG相同的方式。二甲醚具有较高的十六烷值，可以用作压燃式发动机的燃料。二甲醚作为车用燃料具有以下特点：二甲醚的十六烷值约55，高于柴油；自燃点低，在发动机缸内着火延迟时间短。二甲醚沸点为-24.8℃，在发动机气缸内蒸发速度快，有利于混合气的形成，并有可能在低喷射压力下就能满足燃烧的要求。二甲醚在常温常压下为气态，需加压到0.53MPa以上，才可液化，容易在输油管路中蒸发形成气阻，需要供油系统在一定压力下工作，现有供给系统不能使用二甲醚燃料，在汽车上应用二甲醚作燃料需要对燃料供给系统做大的改动。
国内车用二甲醚的研究目前仅处于初步阶段，如果产业化推广应用，在汽车方面仍需要开展大量研究实验工作。
国内二甲醚在民用燃料方面代替LPG已经成熟，二甲醚物性指标及使用方法与液化石油气(LPG)十分相近，可以替代LPG作民用燃料。近期，国内已有城市燃气供应系统使用二甲醚燃料，是二甲醚最现实的应用领域。2005年，我国LPG的产量为1611万t，表观消费量为2223万t。预计到2010年我国对LPG的需求为3050万t，2015年对LPG的需求为3890万t；届时国内LPG产量约为2050万t和2600万t，LPG的缺口分别为1000万t/a和1290万t/a，若以替代率5%计算，则二甲醚2010年需求量约为157万t，2015年约为203万t(LPG对二甲醚的替代比按热值折算以1.57计，不考虑燃烧效率)。
3.4 生物质燃料
生物质燃料指利用可再生的有机物质，包括农作物、树木等植物及其残体、畜禽粪便、有机废弃物，通过工业加工转化，生产。我国每年有7亿t(干基)作物秸秆、2亿t林地废弃物、25亿t畜禽粪便及大量有机废弃物。另外，我国尚有一亿多公顷(稍少于现耕地面积)不宜垦为农田，但可种植高抗逆性能源植物的边际性土地。这些农林废弃物和边际性土地，是发展生物质燃料的基础。目前，较受关注的生物质燃料生产过程有三大类，一是通过生物质气化，使生物质转化成各种化工产品和车用燃料；二是通过生物发酵途径生产生物乙醇；三是生物柴油生产。
3.4.1 乙醇燃料
乙醇是最成熟的石油替代产品。美国和巴西是乙醇车用代用燃料推广最为成功的国家，已成功使用20余年。我国在政府部门的推动下，以拓宽粮食转化渠道为目标的燃料乙醇生产及车用乙醇推广工作取得了明显的进展。黑龙江、吉林、河南、安徽建设的4套30万t/a燃料乙醇装置均已建成投产，乙醇汽油的配送销售体系已经正常运转。在东北三省、河南、河北等省的推广工作比较顺利。
为支持燃料乙醇的推广，中央财政给予了大力支持，主要措施包括：投入国债资金、实施税收优惠政策，对国家批准的四家试点单位(黑龙江华润、吉林燃料乙醇、河南天冠和安徽丰原)，免征燃料乙醇5%的消费税；自2002-2005年试点以来，4家燃料乙醇定点生产企业共减免两税1.9亿元；中央财政共拨付亏损补贴20亿元，有力地保障了燃料乙醇试点企业正常生产经营。
生物发酵法生产乙醇按其原料又可以分为有植物纤维水解路线和淀粉质原料路线。植物纤维水解路线的原料主要有甘蔗榨糖后的蔗渣等；淀粉质原料路线的原料主要有甘薯、木薯、玉米等含淀粉质的农副产品。由于甘薯、木薯、玉米等农副产品原料资源丰富，以其为原料的淀粉质发酵生产酒精工艺技术成熟，产品质量较好，是目前国内外酒精生产的最主要的工艺。
我国推广燃料乙醇已趋于成熟，关键在于项目的经济可行性。生产1 t燃料乙醇耗粮3.2t左右，原料成本占乙醇成本的70%以上。按目前我国粮食价格水平测算，我国燃料乙醇生产成本与汽油很难有竞争力。因此，要进一步提高乙醇生产的技术水平，降低能耗，努力提高副产品利用深度，同时做好农作物秸杆制乙醇的产业化试验工作。
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