二甲醚替代石油燃料

二甲醚替代石油燃料2005/12/28編者按：我國石油資源缺乏，對外依存度呈逐年上升趨勢。研發(fā)替代石油技術(shù)與產(chǎn)品，替代石油產(chǎn)品同時，應(yīng)考慮進展循環(huán)經(jīng)濟、保護生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化能源構(gòu)造。更應(yīng)從國家能源戰(zhàn)略、經(jīng)濟安全和可持續(xù)進展的戰(zhàn)略高度打量這一問題。為此，應(yīng)爭論我國將來替代石油產(chǎn)品的進展戰(zhàn)略，確定替代石油產(chǎn)品進展重點與應(yīng)用領(lǐng)域。一、二甲醚及其興起二甲醚是一種烴類化工產(chǎn)品，無毒，物理特性與液化石油氣格外相像，常溫常壓下為無色氣體，5個大氣壓下呈液體狀態(tài)。2070年月，二甲醚開頭用作氣霧劑，以取代破壞臭氧層的氟里昂。近十幾年來，在各國尋求清潔車用替代燃料的過程中，二甲醚的良好燃燒性能及低污染排放特性使其日益受到重視。另一方面，近數(shù)年來為開發(fā)難運輸?shù)淖匀粴馓铮炎匀粴饩偷剞D(zhuǎn)化為能低本錢儲運的料的探究和自然氣行業(yè)的進展需求，是推動二甲醚快速進展的主要動力。爭論人員認(rèn)為，大規(guī)模進展二甲醚燃料具有如下優(yōu)勢和根底：一是燃燒性能好，污染排放水平低。二甲醚作燃料，燃燒更充分無殘留；作為車用燃料保持動力性能且污染排放大幅下降，可滿足歐美最排放標(biāo)準(zhǔn)。二是兼容性好，根底設(shè)施改造建設(shè)簡潔。二甲醚與液化石下儲運過程比液化石油氣更安全。三是資源根底堅實和原料供給敏捷。二甲醚可從自然氣、煤層氣、煤炭、生物質(zhì)、重油殘渣等多種資源制取，可因地制宜地用當(dāng)?shù)馗鞣N廉價、豐富的資源制取。目前，被普遍認(rèn)為二甲醚最有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域是：一是替代液化石油氣，作為民用替代燃料；二是替代柴油，作為車用替代燃料；三是用于發(fā)電，或作為燃料電池的燃料；四是我國嘗試替代乙炔用氣收到了良好的效果。從地域分布看，二甲醚作為能源產(chǎn)品的潛在市場，主要在于經(jīng)濟進展較快、但能源資源緊缺的亞洲日本、中國、南亞和東南亞國家等。二、二甲醚生產(chǎn)技術(shù)目前，二甲醚的生產(chǎn)技術(shù)主要分為“兩步法”和“一步法”兩大類，還有一些介于二者醚，已有三十多年的成功應(yīng)用閱歷；“一步法”是近年開發(fā)的技術(shù)，在同一反響器內(nèi)完成甲醇合成和脫水反響，能進一步降低二甲醚生產(chǎn)的本錢，但催化劑問題尚需進一步攻關(guān)。我國山東久泰化工科技股份(簡稱山東久泰公司)甲醇直接合成二甲醚的技術(shù)，通常稱為“一步半法”或“整體一步法”，具有工藝流程短、能源消耗低、催化劑壽命長等優(yōu)點，經(jīng)濟性優(yōu)于兩步法。各種二甲醚生產(chǎn)技術(shù)的一個共同特點是，首先必需把原料轉(zhuǎn)換為合成氣。由于自然氣、煤炭、生物質(zhì)、煤層氣、重油殘渣等各種碳氫類物質(zhì)均可通過重整或氣化轉(zhuǎn)化為合成氣，因此二甲醚的生產(chǎn)規(guī)模取決于當(dāng)?shù)氐馁Y源狀況。二甲醚生產(chǎn)技術(shù)的另一特點是，與甲醇產(chǎn)品具有親熱關(guān)系。甲醇本身是化工行業(yè)中的終端產(chǎn)品，也是二甲醚生產(chǎn)的重要中間產(chǎn)品。從甲醇生產(chǎn)二甲醚只需經(jīng)過脫水反響，設(shè)備要求相對簡潔，投資只占全部投資的1/5左右。下時很難獲益。三、國外二甲醚進展?fàn)顩r(一)日本目前，日本對二甲醚生產(chǎn)和應(yīng)用最樂觀。這源自于二甲醚生產(chǎn)、儲運和應(yīng)用三個環(huán)節(jié)綜日本啟動了自然氣合成油、自然氣水合物和二甲醚這三種技術(shù)爭論工程。在儲運環(huán)節(jié)，日本現(xiàn)有的36個沿海LPG接收設(shè)施可便利地接收二甲醚。在應(yīng)用環(huán)節(jié)，二甲醚能滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。東京限制柴油車尾氣排放的環(huán)保條例，推動了柴油車型替代燃料開發(fā)，二甲醚成為首選之一。過去數(shù)年來，日本開展了一系列二甲醚生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)研發(fā)示范工程。日本鋼鐵工程集團公司“一步法”二甲醚生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)和示范；日本石油自然氣金屬國家公司、日立、三菱重工等大型企業(yè)聯(lián)合研發(fā)工程，涉及以二甲醚為燃料的發(fā)電、交通和氫燃料電池領(lǐng)域；日本汽車研發(fā)和道路行車試驗工程等。目前，二甲醚生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)和示范以企業(yè)為主。日本鋼鐵工程集團公司10年間開發(fā)了二甲醚的“一步法”直接合成工藝，2003年建成年產(chǎn)3萬噸的工業(yè)化試驗裝置，打算于2013年左右在卡塔爾、印度尼西亞和澳大利亞建成3個二甲醚工程，年生產(chǎn)力量達200—300萬噸，并期望將其產(chǎn)品用于中國市場。二甲醚到岸本錢將低于柴油和液化石油氣，在規(guī)模更大時有望低于原油；但是能否大規(guī)模地用作燃料，其最大障礙在于配送根底設(shè)施和各項應(yīng)用技些接觸。日本已將二甲醚定位于大規(guī)模應(yīng)用的替代燃料，大力推動使之進展成為標(biāo)準(zhǔn)燃料。2000年，日本特地組建了二甲醚論壇，以推動二甲醚技術(shù)進步和市場開發(fā)；從標(biāo)準(zhǔn)燃料動身，對二甲醚在生產(chǎn)、運輸、配送和應(yīng)用各階段可能消滅問題開展?fàn)幷摚ㄟ^制定標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)來確保使用安全，并使其環(huán)保特性得以充分發(fā)揮。(二)歐美歐美國家對二甲醚的爭論，主要是由大型汽車和石油自然氣企業(yè)發(fā)起的，政府方面尚未制定大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用二甲醚的打算。BP公司為了不斷開發(fā)自然氣資源、拓展自然氣及其衍生產(chǎn)品市場，制定了把難運輸?shù)淖匀粴饩偷剞D(zhuǎn)化為多種易于儲運、附加值更高的液體燃料和化學(xué)品的技術(shù)產(chǎn)品路線，二甲醚是其重要選擇之一。美國空氣化學(xué)品公司和丹麥托普索公司都探究過二甲醚“一步法”生產(chǎn)工藝，并建立了示范裝置，但仍未攻克“一步法”生產(chǎn)裝置的連續(xù)運行問題。在掌握汽車尾氣排放方面，歐盟第五框架爭論打算在能源、環(huán)境和可持續(xù)進展主題下，支持了重型汽車替代燃料爭論工程；2005年初，富豪汽車等公司及一些專業(yè)爭論機構(gòu)，完成了二甲醚替代柴油的爭論和行車試驗。2001產(chǎn)合成油和二甲醚的中試工程，估量2007年投入試運行。此外，美國國家可再生能源試驗室也開展了生物質(zhì)氣化生產(chǎn)甲醇、二甲醚技術(shù)的爭論。四、我國二甲醚研覺察狀我國二甲醚爭論開發(fā)起步較晚，但進展很快。近兩年，國內(nèi)二甲醚生產(chǎn)力量增加，一些大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)工程正在醞釀中。從企業(yè)投資方始終看，二甲醚作為氣霧劑的市場格外有限，而作為民用和車用替代燃料等的勢頭正旺。(一)二甲醚的生產(chǎn)與消費20世紀(jì)9090年月中期，廣東中山市精細化工實業(yè)公司等企業(yè)先后建成假設(shè)干個千噸級生產(chǎn)裝置，我國二甲醚年生產(chǎn)力量到達近兩萬噸。進入21世紀(jì)，山東久泰公司年3萬噸級煤制二甲醚、四川瀘天化集團公司(簡稱瀘天化公司)年產(chǎn)1萬噸級自然氣制二甲醚生產(chǎn)裝置的相繼建成，全國二甲醚生產(chǎn)力量又上了一個臺階。2005年，山東久泰公司年61012萬噸。與此同時，90年月前建成的千噸級以下二甲醚生產(chǎn)裝置，由于規(guī)模較小、工藝技術(shù)落后、生產(chǎn)本錢高，沒有競爭力，大多已處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)。目前，山東久泰公司和四川瀘天化公司作為國內(nèi)領(lǐng)先的二甲醚生產(chǎn)企業(yè)，都在擴大生產(chǎn)力量。此外，還有一些大型二甲醚生產(chǎn)工程在籌建中。山東久泰公司在煤炭資源豐富的內(nèi)蒙古鄂爾多斯市啟動了年產(chǎn)100化成二甲醚銷售。瀘天化公司已開頭建設(shè)年產(chǎn)11萬噸的自然氣制二甲醚工程。寧夏年產(chǎn)8320萬噸的二甲醚生產(chǎn)工程，全國還有一批二甲醚生產(chǎn)工程在醞釀中。2004年，我國二甲醚的實際消費量約2萬噸，其中民用燃料占56%40%。消費量明顯小于生產(chǎn)力量。由于目前甲醇價格較高，生產(chǎn)企業(yè)不情愿將其轉(zhuǎn)化為二甲醚；但另一方面，山東久泰公司今年二甲醚生產(chǎn)力量增加到10萬噸以后，截至今年8月已累計生產(chǎn)7萬噸。這說明，只要二甲醚價格合理，市場還是很大的。(二)二甲醚的研發(fā)與應(yīng)用作為替代燃料，對二甲醚純度沒有作為氣霧劑的要求高，但生產(chǎn)企業(yè)必需能供給經(jīng)濟且能保障規(guī)模供給，工藝技術(shù)成熟且生產(chǎn)運行穩(wěn)定，滿足動力性能和環(huán)保要求的產(chǎn)品。在生產(chǎn)方面，山東久泰公司開發(fā)了具有自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)的“液相法復(fù)合酸脫水催化生產(chǎn)二甲醚”生產(chǎn)工藝，用于年產(chǎn)3萬噸的試驗裝置，生產(chǎn)工藝技術(shù)根本成熟，產(chǎn)品本錢在每噸3000元以內(nèi)，山東省科技廳組織的鑒定認(rèn)為該技術(shù)到達國際領(lǐng)先水平。浙江大學(xué)和湖北田15003000噸的中試裝置，生產(chǎn)本錢可大幅降低，但規(guī)模小連續(xù)運行尚不穩(wěn)定。在作為替代民用燃料方面，中科院山西煤化所等單位開展的二甲醚灶具開發(fā)工作，與傳統(tǒng)的液化石油氣灶相比，改開工作量和難度都很小，推廣應(yīng)用已不是問題。專家認(rèn)為二甲醚3000元時，在經(jīng)濟性上可與液化石油氣競爭。在作為車用替代燃料方面，西安和上海交通大學(xué)分別于20002005年研制出二甲醚燃料中型和大型客車，尾氣排放均滿足歐III上海市打算在2010年世博會之前制30輛二甲醚公交車作為示范。到目前為止，我國在二甲醚生產(chǎn)、儲運、應(yīng)用方面已開展了局部研發(fā)工作，并取得肯定成果。但總體來看，二甲醚的研發(fā)主要是企業(yè)和科研單位的孤立行動，缺乏國家總體部署和統(tǒng)一指導(dǎo)，以及系統(tǒng)的、扎實的爭論與應(yīng)用根底。五、我國二甲醚進展問題探討(一)進展戰(zhàn)略與目標(biāo)定位問題二甲醚作為清潔的替代燃料，不存在是否需要、要不要進展的問題，而是如何定位進展目標(biāo)的問題。是替代民用燃料還是替代柴油，或是兼而有之？是全部替代還是局部替代？最終進展規(guī)模應(yīng)當(dāng)多大？以及如何布局等問題。我們認(rèn)為，中國應(yīng)將二甲醚作為規(guī)模型替代燃料。1、替代局部液化石油氣進口。我國液化石油氣消費量占世界總消費量的9%，是世界第2003年，全國液化石油氣產(chǎn)量1377639萬1/3左右，是我國推廣應(yīng)用二甲醚燃料最可行的方向。2、幫助西部富煤貧困地區(qū)進展經(jīng)濟。與單純輸出煤炭相比，生產(chǎn)二甲醚能延長煤炭產(chǎn)業(yè)鏈，有利于提高煤炭產(chǎn)品的附加值，對促進我國西部富煤地區(qū)經(jīng)濟進展具有重要作用。3、在根底設(shè)施上具有后發(fā)優(yōu)勢。興旺國家的根底設(shè)施已經(jīng)比較完備，推廣替代燃料改建燃料進展主要是裝填何種民用燃料和建根底設(shè)施的問題，改建問題少和轉(zhuǎn)換代價小。4、進展規(guī)模與布局尚需深入爭論。在我國二甲醚的進展規(guī)模、替代比例，以及進展規(guī)劃與科學(xué)布局等問題，應(yīng)通過更深入的爭論分析確定。(二)各種替代燃料綜合比較科學(xué)進展問題經(jīng)過多年爭論，已消滅多種替代油氣的液體燃料。這些燃料大體上可歸納為三類：一是物質(zhì)為根底的液體燃料，如生物燃料乙醇、生物柴油、生物質(zhì)裂解油和生物質(zhì)合成燃料等；三是氫燃料系列。盡管這些燃料可以相互轉(zhuǎn)化，互為替代品，但各有優(yōu)缺點。舉例來說，生物質(zhì)基二甲醚和煤基二甲醚都可以直接相互替代，前者的缺點是技術(shù)實踐較少、生產(chǎn)本錢較高(估量在3400元/噸以上)，但資源可再生，不存在資源枯竭問題；后者雖然技術(shù)更成熟、生產(chǎn)本錢相對較低，但以煤為原料，屬于不行再生的能源；加之目前我國煤炭開采已面臨巨大壓力，安全問題層出不窮、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和水資源破壞日趨嚴(yán)峻，煤炭供給的長期保障性也是個嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，在考慮煤基液體燃料的同時，如何統(tǒng)籌各類液體燃料的進展？協(xié)調(diào)他對國外油氣資源的依靠。這些問題都是我國液體燃料進展戰(zhàn)略亟待開展深入爭論的問題。(三)技術(shù)研發(fā)根底薄弱問題任何技術(shù)產(chǎn)業(yè)的進展，都必需建立在牢靠的科學(xué)試驗根底上。只有經(jīng)過科技研發(fā)和工業(yè)性試驗被證明的成熟技術(shù)，其產(chǎn)業(yè)才可能得到平穩(wěn)快速進展，二甲醚產(chǎn)品也不例外。日本在二甲醚的開發(fā)與應(yīng)用方面取得成效，一個重要緣由就是擁有堅實的科學(xué)試驗根底。日本從1989年開頭二甲醚的爭論，共經(jīng)受了燒杯試驗、型臺座爭論、生產(chǎn)試驗等階段，開發(fā)了二甲2003年建設(shè)示范性試驗工廠。2004年底成功進展了三次試運行，參數(shù)都到達預(yù)期目的。相比較而言，我國二甲醚在這方面爭論工作相對缺乏，甚至在催化劑等某些關(guān)鍵技術(shù)尚未解決的狀況下，一些地方和企業(yè)就興建生產(chǎn)裝置。截至2004年，我國已建成的二甲醚生產(chǎn)企業(yè)達20多家，總生產(chǎn)力量已超過12萬噸/年；實際上，不少企業(yè)不能正常生產(chǎn)，有的和試點示范。六、我國二甲醚進展建議基于上述現(xiàn)狀，提出如下建議：(一)國家加強對二甲醚作為替代燃料的規(guī)劃和指導(dǎo)第一，組織開展我國二甲醚進展戰(zhàn)略爭論，制定適合國情的原料供給、生產(chǎn)儲運和應(yīng)用路線，擬定二甲醚規(guī)模進展的路線圖；其次，協(xié)調(diào)企業(yè)和科研單位的力氣，避開工作領(lǐng)域的重標(biāo)準(zhǔn)的方式開展工作；第五，加強國際合作，支持國際溝通，鼓舞共同開發(fā)。(二)國家組織我國替代燃料進展戰(zhàn)略