发展煤基醇醚燃料改善汽车能源消耗结构

替代能源已纳入国家能源结构多元化战略

2006年5月,由国家发改委牵头完成的《中国替代能源研究报告(讨论稿)》被视为我国替代能源战略启动的标志,重点研究了煤基燃料和生物质燃料在汽车方面的运用。报告提出:“中国应加大替代能源的开发利用,推进包括煤基醇醚燃料、生物质液体燃料、煤制油、天然气等替代能源的多元化发展。”
 
我国《能源发展“十一五”规划》中也指出:要加快发展煤基、生物质基液体燃料和煤化工技术。并指出这是“十二五”及更长时期石油替代产业发展的重要基础。
 
实施替代能源战略已是共识,但选用何种燃料作为长期可行的车用替代燃料,却是一个需要全面研究、科学决策的过程。

我国能源状况决定:煤基燃料是现阶段较现实的替代燃料

我国车用替代燃料迄今为止主要发展了煤基醇醚燃料(包括甲醇、二甲醚)、生物质液体燃料(包括乙醇和生物柴油)、天然气、煤液化(煤制油)等。这些车用替代燃料都在不同的地区有试点,例如山西等地试点推广了甲醇燃料;四川、北京、上海等地试点推广了天然气燃料;东三省、安徽、湖北等地是乙醇燃料的应用试点;内蒙则建成了迄今国内最大的煤液化项目。
 
可以看出,以上试点的选择基本基于以下两个因素:某地域的资源储备特点和城市发展的清洁环境需求。
 
那么,有没有一种或者几种替代燃料是适合在全国范围内大规模、长期应用的呢?
 
在技术开发已经完成的必然前提条件下,选择可长期大规模应用的替代燃料有两个关键问题需要考虑:
 
一是该替代燃料的长期可获得性、安全性和经济性。国家叫停粮制乙醇燃料就是基于该项考虑。我国是粮食进口大国,用本已短缺的粮食作为替代燃料的来源,因能源安全牺牲粮食安全的做法,无疑饮鸩止渴,发改委去年叫停粮食能源化可谓应时应景。今后,中国发展燃料乙醇应重点推进非粮原料,推进第二代生物乙醇的产业化发展。
 
而我国是富煤缺油气国家,化石类能源探明储量约7500亿吨标准煤,煤炭储量丰富,在常规化石能源中,煤炭资源占90%以上,按同等发热量计算,相当于目前已探明石油和天然气储量总和的17倍。因此从长期可获得性、安全性和经济性等角度考虑,在相当长的一段时间里,煤炭将是我国经济发展所依靠的基础能源;开发应用煤基替代燃料将是较长一段时间内发展替代燃料的现实选择。
 
倪维斗院士2007年初曾在《科技日报》撰文分析,虽然煤炭对我国来说也是稀缺产品,但相对其他能源资源仍可承受,若每年将煤炭产量的1/8用于车用液体燃料(甲醇,二甲醚,或煤制油)的生产,从总的能源供应角度不会带来很大的不平衡。
 
二是该车用替代燃料在获取和使用过程中的综合环境影响,而非单纯考量车辆使用阶段。在资源可长期获得的前提下,还需探讨替代燃料的环境影响,煤化工技术生产的替代燃料都是二次能源,需要在一次能源的基础上再加工、再生产,因此加工生产过程中对水、热能、电能的需求量、加工过程中的各类排放对环境的影响,都是不容忽视的问题。
 
煤基醇醚燃料走到车用替代能源的前台

煤基替代能源主要有两类:煤制醇醚燃料和煤制油。二者技术开发成熟度、综合环境影响的差异,决定了其在当下大规模应用的可行性差异。
 
煤制油投资大,存在技术风险,尚处于试点探索阶段。尽管煤制油项目一度发展得“如火如荼”,在建和规划中的煤制油项目规模达到4017万吨/年,但是从产品方向、工艺路线、技术装备、运营管理等方面判断,我国煤制油尚处在工业化试验和示范阶段,还存在技术和工程放大风险。现有汽、柴油是炼油企业根据不同原油炼制调配而成,煤制油组分并不与汽、柴油直接相符,还需要增加后续复杂工艺或结合炼油企业调配处理。而且煤制油对煤炭资源、水资源、生态、环境、技术、资金和社会配套条件要求较高,综合环境考评压力较大,如果盲目发展对经济社会持续、健康、稳步发展将产生潜在的负面影响。国家发改委已于2006年7月发布了《关于加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展的通知》,提高了煤制油项目的准入门槛,对煤制油重大项目开始限制审批,规范发展。
 
醇醚燃料技术相对成熟稳定,有多年应用基础,是潜力巨大的车用替代燃料。越来越多的迹象表明、越来越多的专家呼吁:以煤为基础,多元化发展,重点发展醇醚燃料可能将成为替代能源发展的主要内容。《中国替代能源研究报告(讨论稿)》指出:重点发展醇醚燃料可能将成为最近几年替代能源发展的主要内容。国家发改委工业司《我国醇醚燃料及醇醚清洁汽车发展专题报告(征求意见稿)》中也明确指出:“根据我国能源结构特点和醇醚替代燃料研究和示范成果,将煤基甲醇和二甲醚作为今后20-30年过渡性车用替代燃料,是基本可行的,对我国实施能源多元化和能源替代战略具有积极意义。”
 
至于醇醚生产过程中环境影响,中国石油和化学工业协会名誉会长、原化工部副部长谭竹洲2007年接受《中国工业报》的采访时说,甲醇和二甲醚的生产过程对环境没有大的影响。甲醇生产主要原料是一氧化碳和氢气,转化过程不产生任何副产品,没有污染物排放。二甲醚的生产工艺这几年有了很大的改进,对环境也没有大的影响。对于煤制甲醇过程中大量消耗水资源的问题,他认为可以规避:首先是不要安排水资源缺乏的地方搞大的甲醇项目;其次是将生产过程中的水进行处理之后再循环利用。

二甲醚与甲醇的应用与前景比较

甲醇和二甲醚两种燃料中,二甲醚的清洁性更好,具有较好的发展前景,尤其在替代柴油、LPG方面具有潜力。但是要大规模应用于交通还需一系列探索。比如,迄今为止世界上还没有形成批量生产的二甲醚燃料供给系统和发动机;燃料系统耐久性及关键零部件的制造技术尚需完善;二甲醚需要专用的基础设施及储运材料,要大面积推广应用,需要建立新的燃料供给基础设施体系。而且二甲醚的热值较低,由煤先气化生产甲醇再脱水生产二甲醚,能量利用率进一步降低。
 
相比而言,甲醇的现阶段实用性则好得多。
 
首先是经济性好:从生产效益看,每生产1吨甲醇耗煤1.5-1.8吨,煤制甲醇的成本为1000元/吨左右,而市场甲醇价在3000-4000元/吨,利益空间巨大。从甲醇燃料使用方面看,理论上1.8吨甲醇相应于1吨汽油,而实际中甲醇汽油辛烷值高、甲醇含氧燃烧空气燃料比理论上大大低于汽油,实际消耗1.4吨相当于1吨汽油,能量利用率提高不少。按目前汽油价6000元/吨、甲醇3000元/吨计算,每消耗1.4吨甲醇可比汽油降低成本1800元。而经甲醇脱水生产的二甲醚,由于增加了生产工艺,其价格必然高过甲醇。
 
其次,甲醇作为车用燃料的几个关键技术问题已基本解决,比如发动机的改装、燃料添加改善其腐蚀性、溶胀性等问题;
 
第三,甲醇汽车具有多年的试点推广和使用实践(山西省),效果良好。
 
第四,甲醇燃料的储油和加注系统可以在当前汽油储运加注设施上改建,技术工艺并不复杂,投资也不高。
 
综合以上分析可见,在多种车用替代燃料中,煤基燃料是现阶段较现实的替代燃料,而其中醇醚燃料优于煤制油,在醇醚燃料中,又是甲醇的现阶段实用性好得多。因此,甲醇已经被推到了我国未来一段时间内车用替代燃料的现实舞台上。

不过,甲醇燃料应用于汽车多年来一直存在一些争议,主要是毒性与排放问题,最新的一些文献表明,随着技术的不断完善,某些安全问题正在逐步弱化。

关于甲醇的毒性与排放问题:

2007年8月1日《科学时报》报道,甲醇的人体安全可以控制和防范;生物降解性、水土污染等环境安全性好于汽油。排放方面,苯、烯等致癌物低于汽油,而甲醛排放的处理可用尾气氧化处理达到汽油机的水平,见下列各表。不过国内对甲醇汽车的甲醛排放还需进一步开展系统研究。


 
关于甲醇的腐蚀性与溶胀性问题:

据上海焦化厂多年从事甲醇燃料研发工作的谢振华副主任称,甲醇比汽油存在腐蚀和溶胀也是客观的,但是可以克服。通过添加抗溶胀、耐腐蚀的添加剂和润滑剂,可以改观甲醇本身对发动机金属表面的腐蚀性,改善甲醇对供油系统的橡胶材料的溶胀作用。而且,目前大众、通用轿车的输油系统都大量采用复合聚酯材料,油箱、油管都已经考虑国内甲醇的情况,这些材料都很成熟,价格也可以承受,新开发的车型已经没有橡胶密封件溶胀故障。


 

 
 
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