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1、替代石油油新能源源的技术术发展及及趋势研研究1.世界界石油资资源形势势及发展展趋势 1.11世界石石油资源源形势 20世世纪的工工业革命命利用广广泛存在在的化石石资源推推动了经经济持续续、高速速地发展展，但其其引发的的相关能能源短缺缺、环境境污染、生生态恶化化等问题题也日益益加深，同同时化石石资源的的分布不不均匀性性导致世世界范围围内的能能源竞争争，引发发了一系系列的国国际政治治问题。 目前，全全球可采采石油储储量的338%以以上分布布于中东东，177.3%和166.5%分布于于前苏联联和北美美，欧洲洲不足44%(见见图1)。 我国国化石能能源资源源在世界界已探明明储量中中，石油油仅占22.7
2、%，天然然气0.9%，煤煤炭155%，呈呈现“缺缺油、少少气、多多煤”的的状况，但但其产量量占世界界总产量量的比例例却分别别高达44.2%、1.5%和和33.5%。高高速发展展的经济济导致石石油大幅幅进口，自自19993年起起我国成成为石油油净进口口国，对对外依存存度高达达40%，严重重威胁着着我国的的能源安安全。 1.22近年世世界石油油供需状状况 119855-20005年年，世界界石油需需求的年年均增长长率约为为1.77%，目目前，全全球十大大石油消消费国中中有4个个在亚太太地区，其其中中国国为世界界第二石石油消费费大国，日日本第三三，印度度第六，韩韩国第七七。未来来20年年内，世世界石
3、油油消费将将以近22%的速速度增长长，高于于过去220年的的平均增增长水平平。未来来石油需需求呈现现稳定增增长态势势，亚太太地区需需求增长长最快，供供需矛盾盾突出。 进入220世纪纪90年年代，中中国对石石油进口口的依赖赖度越来来越大，中中国原油油消费量量以年均均5.777%的的速度增增加，而而同期国国内原油油供应增增速仅为为1.667%，供供需缺口口逐年拉拉大。由由表1可可知，我我国石油油消费增增长迅速速，对石石油进口口依赖度度越来越越大，这这已成为为我国的的一个基基本国性性。1.33替代石石油能源源产业的的发展现现状和政政策导向向 石油油属于不不可再生生资源，同同时以石石油为代代表的化化石
4、能源源的生产产和消费费引发的的环境问问题越来来越严重重，已成成为制约约人类实实现可持持续发展展的主要要障碍之之一，加加上石油油的高价价位等因因素，迫迫使世界界各国寻寻求石油油替代产产品和新新能源，大大力推行行能源多多样化，石石油替代代产品和和新能源源的开发发利用。 在推行行能源多多样化方方面，日日本、法法国、德德国、美美国、巴巴西等国国走在世世界前列列。日本本天然气气占能源源消费量量的比例例达133.8%、核电电14.1%；法国核核发电占占其总发发电量的的70%以上；巴西可可再生能能源占能能源消费费的比例例高达441%。德德国、丹丹麦、美美国等国国家还大大力发展展清洁能能源来取取代核能能。生物
5、物柴油在在发达国国家受到到高度重重视，220044年总产产量已达达1933.344万吨，欧欧盟计划划于20010年年生物柴柴油产量量达8000110000万吨，使使生物柴柴油在柴柴油市场场中的份份额达55.755%。美美国生物物柴油的的发展也也受到高高度重视视，20004年年10月月布什总总统签署署了对生生物柴油油的税收收鼓励法法案，大大力支持持生物柴柴油在美美国的发发展。220055年初，巴巴西颁布布法律规规定，在在巴西销销售柴油油中必须须添加生生物柴油油。中国国生物质质能、风风能、太太阳能、水水能等资资源丰富富，新能能源建设设的市场场潜力很很大。 鉴于化化石能源源资源的的有限性性和全球球环
6、境压压力的增增加，世世界上许许多国家家都认识识到了新新能源与与可再生生能源的的重要性性，并从从政治、经经济和技技术上采采取行动动，出台台了一系系列有利利于加快快新能源源与可再再生能源源技术产产业化、商商业化的的政策法法规和措措施。全全球至少少48个个国家制制定了促促进可再再生能源源利用的的政策。 我国政政府十分分重视能能源多源源化问题题，采取取国家财财政补贴贴等鼓励励措施，大大力推广广燃料乙乙醇试点点工作，已已建成四四大乙醇醇燃料生生产基地地，总产产能超过过了1000万吨吨年。220055年2月月28日日，第十十届全国国人民代代表大会会常务委委员会第第十四次次会议通通过了中中华人民民共和国国可
7、再生生能源法法，自自20006年11月1日日起已正正式实施施，能能源法立立法工作作也正在在抓紧启启动。 2.多多元化替替代石油油能源的的技术开开发现状状及应用用 目前前，多元元化能源源替代技技术开发发主要集集中在煤煤及天然然气合成成油、生生物柴油油、燃料料乙醇等等领域。 2.11天然气气合成油油(GTTL)技技术 22.1.1国外外技术开开发及工工业化情情况 近近几年，各各大石油油公司都都非常重重视以天天然气为为原料采采用间接接法合成成油品的的技术开开发，壳壳牌、萨萨索尔等等公司均均开发了了具有特特色的工工艺技术术。 萨萨索尔公公司开发发了采用用铁基催催化剂和和流化床床反应器器的F-T技术术，
8、19993年年在南非非莫索湾湾建成一一套以天天然气为为原料的的液体燃燃料规模模为3220000桶日日的装置置，生产产高品质质的柴油油、煤油油和石脑脑油。萨萨索尔公公司与TTopssoe公公司联合合开发了了以天然然气为原原料采用用浆态床床工艺生生产馏分分油的GGTL技技术SSPPD工艺艺。 壳壳牌公司司开发了了中间馏馏分油工工艺，并并采用茂茂金属钴钴基催化化剂和湍湍流固定定床反应应器。119933年5月月，在马马来西亚亚Binntullu建成成GTLL工业化化装置。 埃克森森美孚公公司采用用钴基催催化剂和和浆态床床工艺的的AGCC-211工艺，成成功地运运行了一一套2000桶日的中中试装置置。
9、SSynttrolleumm公司开开发了采采用钴基基催化剂剂和流化化床工艺艺的Syyntrroleeum工工艺，并并建成22桶日日的GTTL中试试装置。 2.11.2国国内GTTL技术术开发情情况 中中国石化化十分重重视GTTL技术术开发，目目标是开开发出具具有中国国石化自自主知识识产权的的成套GGTL技技术。目目前在FF-T合合成催化化剂上已已取得了了一定的的进展。 1)大大连化物物所F-T合成成催化剂剂。 中中国石化化立项安安排中科科院大连连化物所所开发的的适用于于列管式式固定床床反应工工艺的氧氧化硅负负载的钴钴基催化化剂，具具有合成成直链高高碳烃(蜡质产产品)的的特点。目目前开发发的适用
10、用于浆态态床反应应工艺的的活性炭炭负载的的钴基催催化剂，具具有较好好的制取取柴油馏馏分的性性能。液液体产品品中柴油油组分较较高，其其中C110CC20液液体在产产物中的的比例为为60%左右。 2)FF-T合合成催化化剂 该该催化剂剂是由中中国石化化股份有有限公司司石油化化工科学学研究院院(RIIPP)开发的的，以氧氧化铝为为载体、金金属钴为为活性组组分，一一定程度度上解决决了F-T合成成反应过过程中在在提高CCO转化化率时，CC+5选选择性下下降的问问题，大大大提高高了反应应经济性性和碳源源利用效效率，催催化剂已已基本定定型。 国内其其他企业业F-TT合成技技术开发发情况：中科院院山西煤煤化所
11、先先后开发发了将传传统F-T合成成与沸石石分子筛筛相结合合的固定定床二段段合成工工艺和浆浆态床固定床床二段工工艺，于于20001年建建成千吨吨级浆态态床合成成油试验验装置和和催化剂剂制备装装置，已已进行了了多次试试验，并并得到合合格产品品。目前前正计划划建100万吨级级工业示示范装置置。山东东兖矿集集团公司司20004年建建成了550000吨年年浆态床床低温FF-T合合成油装装置，连连续运行行47006小时时。目前前已完成成百万吨吨级煤制制油工业业示范装装置可行行性研究究报告。兖兖矿集团团在国内内合成油油领域居居领先地地位，该该集团目目前已拥拥有包括括反应器器和催化化剂技术术的F-T合成成核心
12、技技术。 2.11.3GGTL产产品对全全球相关关市场的的影响 近年来来，GTTL工业业快速发发展主要要受资源源、战略略、市场场和环境境等多方方面因素素的推动动，其中中天然气气资源国国积极利利用偏远远地区天天然气资资源，国国际油价价居高不不下成为为主要的的推动力力之一。未未来国际际油价走走势将对对GTLL工业发发展产生生重要影影响。据据资料报报道，预预计20010年年，世界界GTLL产能将将达455万桶日，220200年将达达1000万桶日。 F-TT合成柴柴油是优优质柴油油组分，据据估计220200年GTTL柴油油占中间间馏分油油消耗量量小于33%，不不太可能能对全球球柴油市市场有很很大的影
13、影响，但但在某个个区域，GGTL柴柴油有可可能占市市场很大大比例。 目前，中中国以煤煤炭为原原料，采采用直接接液化或或经F-T合成成制取液液体燃料料的在建建、拟建建项目已已近8000万吨吨年，一一般在220100年左右右建成，预预计到220200年我国国将完成成总投资资40000550000亿元，形形成50000万万吨年年的油品品产能。中中国煤炭炭储量相相对丰富富，在特特定区域域，有一一定的天天然气资资源。随随着石油油资源的的日趋紧紧张、原原油价格格的不断断攀升，以以煤炭、天天然气为为原料制制合成气气，经FF-T反反应制液液体燃料料较有发发展前途途。 22.2生生物柴油油技术 生物柴柴油是从从
14、天然动动、植物物油脂生生产的柴柴油，化化学组成成为长链链脂肪酸酸甲酯。生生物柴油油几乎不不含硫和和芳烃，十十六烷值值高，润润滑性能能好，并并且储运运方便安安全，降降解性能能好，是是一种优优质清洁洁柴油。 2.22.1国国外生物物柴油技技术 目目前，国国外已工工业化技技术主要要是液碱碱催化的的生产工工艺，所所用的催催化剂一一般是氢氢氧化钠钠、氢氧氧化钾或或甲醇钠钠、甲醇醇钾等。但但这类技技术对原原料的酸酸值要求求苛刻，必必须通过过脱酸处处理，同同时生物物柴油粗粗产品也也必须通通过减压压蒸馏精精制以达达到标准准要求。国国外有很很多商家家掌握这这个技术术，可适适合各种种规模的的连续或或间歇生生产。但
15、但产品减减压蒸馏馏精制能能耗较大大，对于于原料品品质比较较高，只只生产生生物柴油油时会增增加生产产成本。 德国鲁鲁奇公司司在上述述传统工工艺的基基础上开开发了两两级连续续碱催化化醇解工工艺。德德国斯科科特公司司也成功功开发了了连续脱脱甘油碱碱催化醇醇解工艺艺。这两两种技术术在欧洲洲和美国国均有大大型工业业化生产产装置。 法国石石油研究究院成功功开发了了Estterffip-H工艺艺生产生生物柴油油。此工工艺用尖尖晶石结结构的固固体碱作作为催化化剂，采采用多相相催化反反应来制制备生物物柴油。 加拿大大多伦多多大学开开发了生生产生物物柴油的的BIOOX工艺艺。计划划投资224000万美元元，建约约
16、5万吨吨年生生物柴油油厂，220055年投产产。 22.2.2国内内生物柴柴油技术术 在生生物柴油油的开发发和应用用方面，国国内起步步较晚，目前万吨级企业主要有3家：海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源发展公司，并采用自主开发技术。其中，四川古杉油脂化工公司的技术已申请专利(公开号：CN1473907A)，该技术利用植物油精炼过程中所产生的下脚料及食用回收油为原料，经酸化除杂、连续脱水、酯化、回收甲醇、静置、分出甘油相，然后连续蒸馏得到成品。这种工艺反应需6小时即可结束，酸值可降至1mgKOHg以下，脂肪酸转化率可达93%以上。福建卓越新能源发展公司的技术也已申请专利(公
17、开号：CNl382762A)，该技术利用废动植物油生产生物柴油。从总体水平看，这些技术是针对废弃地沟油开发的，原料利用率低，生产过程有污染，产品质量按自订的标准控制。但由于原料价格便宜，一般2600元吨左右，生产经济效益还是很好的。 RIPP根据我国原料供应的特点、环保要求、产品增值的要求开发了以下两种生产生物柴油新技术，并申请了一批专利。 1)高温醇解工艺 高压醇解法生物柴油生产技术，可适应不同原料油、产品方案和工厂规模，以及适应原料收集、贮存和产品市场的物流状况等需求。原料预处理简单并适应性强，能加工高酸值、高水油料；采用多种原料时，切换容易；不使用催化剂，简化了后处理工艺，无污水；联产甘
18、油浓度高。这些工艺根据规模大小，可为连续式或间歇式生产。目前该技术的2000吨年规模的中试装置已建成，正在进行中试试验。该技术生产的生物柴油产品质量能达到德国的B100(生物柴油含量100%)产品质量标准。 2)反应分离耦合工艺 本工艺是专门为生产生物柴油而开发的，适应采用的原料如大豆油、双低菜籽油、棉籽油、葵花籽油以及其他脂肪酸组成近似于上述原料的油脂，以保证产品的质量合格。反应分离耦合工艺的特点是在反应的同时，进行甘油的连续分离，反应转化完全，产物不需要蒸馏精制，减少能耗；进料醇油比低，催化剂的消耗少，“三废”排放少；简化了工艺流程，有利于减少设备投资和降低操作成本。此技术还处在小试阶段。
19、 此外，脂肪酶催化的醇解工艺最近几年在国内研究比较热。北京化工大学、华南理工大学和清华大学都开展了大量工作，取得了较为突出的进展。 2.2.3生物柴油方面的建议 首先，B100不可直接作柴油使用，只可作为柴油的一个组分，调入石油柴油里，目前国外比较通用的是B5、B20、B2，2005年欧盟规定生物柴油的加入量不得超过5%(B5)。B100的标准国家已委托RIPP编制，并已通过国家评审，但对于B5、B20、B2的调合油性能国内尚无统一的标准，而且目前社会上生物柴油炒得很热，产品质量也参差不齐，加入的量也没有统一的规定，这必将扰乱柴油市场。因此，建议国家制定B5、B2或B20生物柴油的标准，并将生
20、物柴油的销售统一纳入中国石化、中国石油的销售系统，中国石化、中国石油系统外的其他单位，只能生产Bi00的生物柴油组分，不可销售B5、B20或B2的生物柴油，以规范市场，保证生物柴油质量。 2.3燃料乙醇技术 2.3.1燃料乙醇生产技术 燃料乙醇通常由谷类、甘蔗和任何含淀粉或糖类的农作物及其废弃物为原料采用生物发酵方法制成，各国根据其实际情况选择原料生产乙醇，如巴西选择甘蔗、糖蜜，美国采用玉米，瑞典用林业残余物及造纸废液等。目前世界工业化生产燃料乙醇多采用淀粉类食物如玉米和高含糖农作物如甘蔗、甜高梁等。已工业化的技术主要是采用淀粉质和糖基的农作物为原料，采用林业残余物、农作物废弃物的技术正在开展
21、工业放大阶段。 2.3.2燃料乙醇生产技术经济性分析 以生物质为原料的糖经济尚缺乏与石油经济竞争的实力。虽然生物质原料成本低，但加工转化成本高，只有实现技术上的突破，才能形成完整的生物质技术工程体系。 在生产工艺确定后，燃料乙醇的价格主要取决于粮食价格，乙醇成本与原料费用线性相关。我国现阶段使用燃料乙醇的方式是将10%的乙醇与汽油调合成车用乙醇汽油，与普通汽油同升同价销售。由表2可知，燃料乙醇的生产成本一直高于汽油价格，我国确定的乙醇汽油价税政策是，石油公司按汽油出厂价的91.11%接受燃料乙醇，燃料乙醇生产环节出现的亏损由国家财政补贴。 根据美国政府测算，推广乙醇汽油可节省联邦政府财政预算支
22、出36亿美元，其中，可增加农民收入45亿美元；减少政府对农民的补贴；增加19.52万个就业机会；增加个人所得税收人5.32亿美元；减少原油进口，改进贸易平衡20亿美元；降低汽车排放，改善环境质量。社会、经济及环境效益均十分显著。 2.3.3国内外燃料乙醇应用情况 据美国可再生燃料协会统计，截至2005年11月，全美生物燃料乙醇生产厂共有93家，产能达约1245万吨年，另有24个新厂正在建设中，预计全部建成后生物燃料乙醇产能将增加368万吨年，届时全美生物燃料乙醇的产能将达1613万吨年。 2004年，巴西乙醇的产量达1152万吨，其中970万吨用于国内消费，182万吨用于出口到印度、瑞典、南韩
23、、日本、美国等国。2004-2005年向印度出口乙醇的比例最大。2005年，巴西的乙醇产量已达约1342万吨，其国内的需求量超过1250万吨。 2004年，欧盟国家共生产了42万吨生物燃料乙醇，欧洲生物燃料乙醇的主要生产国是西班牙、法国、德国、瑞典和波兰，此外，荷兰、拉脱维亚、立陶宛、意大利也生产少量的生物燃料乙醇。 目前，国内生产燃料乙醇的主要原料是玉米、小麦、薯类、甘蔗、甜高梁等，国家认可的燃料乙醇产能为102万吨年，其中河南天冠30万吨年，安徽丰原32万吨年，吉林天河30万吨年，黑龙江华润金玉10万吨年。中国石化人股河南和安徽的2套生产装置，参股比例分别为20%和15%；吉林天河为中国石
24、油控股。2001年6月-2006年2月，中国石化河南石油分公司担负的河南、安徽全省及河北、山东、江苏和湖北4个省的27个地市的乙醇汽油试点和推广使用工作，总计销售乙醇汽油(乙醇含量10%)436.88万吨。 2.4生物质乙烯技术开发 随着全球性的石油资源供求关系的日益紧张，传统石油乙烯工业将面临新挑战。如何突破资源短缺的瓶颈，利用可再生生物质资源生产乙醇，再进一步脱水成乙烯，从而替代传统的石油乙烯路线成为当前的研究热点。 1981年，巴西建成3套乙醇脱水制乙烯装置，总产能74万吨年。近几年，印度建成4套乙烯装置。虽然其规模远低于现代石油乙烯装置，但其强大的生命力应予重视。 目前，国际上乙醇制乙
25、烯工业装置主要集中在巴西、印度、巴基斯坦、秘鲁，最大规模为印度的6.4万吨年装置。乙醇脱水制乙烯的技术发展趋势，主要是装置大型化、低能耗，以及进一步提高催化剂的性能，降低催化剂成本。 3.中国多元化能源替代石油发展思路和建议 随着未来经济的快速发展和能源结构的调整，中国对石油的需求还会增大。在新的世纪，必须从我国基本国情出发，对能源、资源和环境进行整体化的考虑和部署。 “国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)”指出，今后15年能源发展思路：“推进能源结构多元化，增加能源供应。在提高油气开发利用及水电技术水平的同时，大力发展核能技术，形成核电系统技术自主开发能力。风能、太阳能、
26、生物质能等可再生能源技术取得突破并实现规模化应用”。“促进煤炭的清洁高效利用，降低环境污染。大力发展煤炭清洁、高效、安全开发和利用技术，并力争达到国际先进水平”。并优先发展“煤的清洁高效开发利用、液化及多联产”、“可再生能源低成本规模化开发利用”等。可见煤制油是能源多元化的一个重要途径。 生物质产业是实现能源多元化和保证能源安全的有效途径，我国是农业大国，在生物质资源数量上占有一定优势，在生物质加工转化及相关环保技术研究方面也有较好的经验积累，如在燃料酒精，生物柴油方面，我们的技术跟国际上几乎在同一起跑线上，我国完全有能力、有条件走多元化替代石油的生物能源和生物产品的规模化和产业化之路。 在走多元化石油替代之路时，重点解决生物质资源利用的瓶颈问题(包括全生物质的利用和生物质的高效转化)，缓解能源紧张、石油价格上涨等带来的问题。从长远看，这是走可持续发展、应对能源紧张，保护人类生态环境的最终发展之路。 在技术路线上，将现代生物技术手段与传统强势化学工程技术以及过程工程技术结合，通过多学科，多领域的技术交叉结合，充分全利用生物质材料，高效生产大宗化学品，最终达到降低生产成本和能源消耗，提高转化率，减少环境污染的目的。