煤基甲醇是中国向新能源过渡的最佳能源

郭新宇

(全国醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会,北京市朝阳区,100117)

煤基甲醇是中国向新能源过渡的最佳能源

郭新宇

(全国醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会,北京市朝阳区,100117)

通过阐述煤基甲醇能源的诸多优势,认为发展煤基甲醇能源化工,是唯一可以衔接化工能源和新能源的物质,是解决中国能源安全问题的必由之路。

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随着我国经济的持续快速发展,能源需求大幅增长。尤其是改革开放以来,石油和化工行业发展迅速,导致我国能源消费过多地依赖石油。2008年我国石油产量和进口量已基本持平,均已接近2亿t。由于石油是化石能源,是一种重要的战略物资,这种现状使我国能源供应存在潜在风险。中国作为一个发展中的大国,为保证能源安全,必须长期坚持能源供应基本立足国内的方针。

1 发展煤基能源是解决中国能源安全问题的必由之路

1.1 中国以煤为主的资源特点

煤炭是世界上储量最大的矿物能源,根据《BP世界能源统计2009》中报道,全世界煤炭探明的可采储量8260亿t,其中美国占28.9%,前苏联占27.4%,中国占13.9%。见图1。

中国煤炭资源相对丰富,是世界上少数几个以煤为主要能源的国家,在我国探明的化石能源储量中煤炭占94.3%,石油、天然气仅占5.7%。虽然煤炭资源不及美国,但在产量上却居世界第一,2008年全世界煤炭产量约50亿t,中国就达27.82亿t。从消费结构来看,自1990年以来,工业领域的煤炭消费一直占全国能源总消费量的70%以上。同时,我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国。2008年中国能源消费总量28.5亿t当量标准煤,居世界第2位,比2007年增长4.0%。其中,煤炭消费量27.4亿t,增长3.0%;原油3.6亿t,增长5.1%;天然气消费量807亿m3,增长10.1%;电力消费34502亿kWh,增长5.6%。

图1 世界煤炭可采储量分布比例(2008年)

因此,要顺利完成向新能源时代的衔接及过渡,只有结合中国国情、走符合科学发展规律的“节能优先、立足中国、煤为基础、多元发展”的能源战略之路。

1.2 发展现代煤基能源是资源节约和环境友好的必然

从传统意义上讲,煤炭较之石油和天然气,属低效、高污染能源。它一方面为我国的能源消费和化工原料提供了保障,另一方面却又是环境污染的主要来源。从图2可见,中国大气污染物中燃煤排放所占的比例。

图2 2006年中国主要大气污染物中燃煤排放物所占比例

2008年10月29日胡锦涛总书记在考察陕西神木60万t煤制甲醇项目时指出:“我国石油资源短缺,煤炭资源丰富,煤化工有着广阔的发展前景,希望企业大力推进自主创新,加强煤炭资源的深度开发,为优化我国能源结构,维护国家能源安全,实现经济社会可持续发展作出更大贡献”。

在新形势下中国煤化工能否实现可持续发展,取决于环境保护及经济效益两方面是否能有好的表现。中国是在缺油、少气、富煤的资源条件下发展煤化工的,要立足中国自己的优势能源发展,必须解决其所带来的环境问题,只有在使用洁净煤技术和节能提效优先的条件下,在生态环境允许和具有经济效益的前提下,煤化工的发展才是可持续发展。现代煤化工走的就是一条科技含量高、资源消耗低、环境污染少、经济效益好的新的煤基能源化工发展道路。现代煤化工越发展,越能减轻对环境的污染和对石油资源的依赖,这对确保国家能源供应持续稳定具有深远意义。为此,发展现代煤化工的洁净煤技术是我们必然的选择,而利用洁净煤多联产技术发展的煤基甲醇能源更是中国在向新能源过渡时期的最佳选择,它充分体现了资源的节约和环境的友好。

1.3 过渡时期煤基甲醇能源替代石油能源的可行性

中国经济社会的可持续发展路线决定了在今后50年内,只能依托自身的资源和条件大力发展现代煤化工,走新一代的煤基能源化工发展的战略路线。在过渡时期,我们应坚持科学发展观,按照资源节约、环境友好的可持续发展原则,稳妥有序地进入新一代煤基甲醇能源化工时代,也就是现代煤化工。2006年11月20日,曾培炎副总理主持召开的《发展替代能源有关问题会议》上强调:发展替代能源要根据以新能源替代传统能源,以优势能源替代稀缺能源,以可再生能源替代化石能源的思路,逐步提高替代能源在能源结构中的比重。煤基甲醇便是我国的优势能源,依托现代煤化工技术的发展,特别是煤基“多联产”体系的发展为支撑,实现以优势能源替代劣势能源的原则,到2020年以1.3亿t标煤生产1亿t甲醇,可替代超过1亿t原油,以此减少1亿多t原油的进口,不仅为国家少支付进口原油外汇,增加财政及税务收入,还可以保证我国原油对外依存度在50%以下,以保障我国的能源安全。它将支撑国家新兴产业的发展,增加就业机会,对“保民生、扩增长、调结构”具有重大意义。

为此,国家发改委在《煤化工产业中长期发展规划征求意见稿》中提出,2006-2020年我国煤化工规划总投资超过1万亿元,在全国打造7大煤化工产业区,分别是黄河中下游、蒙东、黑东、苏鲁豫皖、中原、云贵和新疆。

2 煤基甲醇能源作为过渡能源的优势

2.1 甲醇能源已成为未来物质世界或新能源时代的根本和基础

当前,合成气(CO+H2)是当代碳利用的基础。无论以什么化石能源为原料,只要制备成合成气就有了合成一切碳氢化合物的物质基础。而甲醇则是唯一合成气转化率达到100%的物质。甲醇能源化工体系见图3。

从图3可以看出,无论是煤还是石油、天然气(或油田伴生气)作为原料制备甲醇均可单元使用或多元同时使用,以实现优势互补,并可采用互相匹配的工艺技术获得任何相同的目标产品。也就是说,无论是石油化工、煤化工、天然气化工均可经过合成甲醇向下游发展,这就自然将甲醇推到了二次能源的地位,甲醇体系的能源化工应运而生。甲醇体系能源化工的发展集成了石油、煤、天然气化工的优势,弥补了不同化石能源产品的不足,未来甲醇体系能源化工的发展,将改变化学工业的方向。

图3 甲醇能源化工体系

因此,在当前我国以煤为主、多元发展的能源政策指导下,替代石油基能源化工必须科学有效地从甲醇做起,石油化工能做的,甲醇体系能源化工均能做到,但以甲醇为基础的碳一化工所具备的优势,石油化工却很难做到。甲醇已客观成为能源化工的物质基础。这也是甲醇体系能源化工路线体现的化学工业方向。

2.2 甲醇作为清洁的替代交通能源已成为现实

据《纽约时报》2009年5月8日的报道说:“今年5月美国能源部宣布,鉴于氢燃料电池汽车在未来10～20年内无法投入实际应用,政府将停止拨付有关研发经费。”美国能源部长朱棣文也发表讲话说:“研发氢燃料电池和氢能源输送技术是个巨大的挑战,美国政府更倾向于将重点放在更快产生效果的项目。”奥巴马总统向美国国会承诺:“美国将在2050年前减排80%。”中国政府也在哥本哈根会议上提出,到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。从目前交通燃料的替代能源来看,发展甲醇汽油和甲醇柴油既能满足加速石油基交通能源的替代,又为中美两个大国承担世界环境责任奠定基础。中国现已公布了甲醇汽油的两项国家标准:车用甲醇汽油(M85)国标号GB/T 23799-2009和车用燃料甲醇国标号GB/T 23510-2009,车用甲醇汽油(M15)标准也即将获得批准。甲醇燃料国家标准的发布将会推动煤基甲醇体系能源化工产业的加快发展。

最近由国家机动车排放重点实验室检测结果(见表1)显示,M15汽车尾气中甲醛含量较汽油车低19.4%。

我国目前尚无汽车非常规排放物标准。在比较非常规排放时,必须比较不同燃料的各种非常规的有害排放物。大家知道,苯、丁二烯、乙烯、PAH多环芳烃和铅都是致癌物,在汽油车和柴油车的排放中都存在。M85甲醇车排放的少量苯和丁二烯等,来源于为改善汽车起动性而在甲醇中添加的10%～15%汽油,数量少得多。甲醛主要来源于汽车低温冷启动和暖机过程,现已研究出甲醇特殊催化和电加热装置,可把甲醛降低到与汽油车相同的水平。据美国加州大气资源局评估,甲醛的毒性为苯的1/5,乙醛为苯的1/10。因此可认为,在非常规排放中,甲醇也比汽油和柴油好,并和CNG(车用天然气)、LPG(液化石油气)相当。

表1 国家机动车排放重点实验室检测结果

甲醇汽车排放的CO2低于汽、柴油车。对于传统观念认为,煤制甲醇生产过程中产生的CO2,大于石油基燃料生产过程所生产的CO2的问题,我们可以通过多联产新技术和煤化工过程对CO2浓缩的优势,通过技术进步予以较好地解决。

2.3 甲醇是唯一可以衔接化石能源转向新能源的过渡物质

今后甲醇合成中的碳利用可不必通过化石能源制备合成气而得,而是在CO2的利用技术上突破,未来的CO2便是作为地球有机物质世界碳的主要资源。CO2替代化石能源见示意图4。

图4 CO2替代化石能源示意图

也就是说,今后的甲醇不用化石能源作原料,而是利用CO2与H2合成,目前已有许多国家研发该项技术。届时的CO2来源见图5。

由于甲醇生产原料可以由化石能源向可再生能源转化,使甲醇体系的能源化工起到了衔接后石油时代与新能源时代的作用。甲醇体系的能源化工时代发展前期主要由煤、天然气、石油等化石能源为原料,在30～50年内乃至更多的时间内,我国的资源国情决定了在中国发展甲醇经济仍以煤炭为主,所以必须利用低碳技术大力发展现代煤化工。到甲醇体系能源化工时代的后期,随着科技的进步和发展,便可用核聚变为能源主体电解海水产生的“氢”,和世界已储存的CO2、大气存在的CO2以及煤基能源化工产业良性调控的CO2相结合生产甲醇、二甲醚燃料及经济社会发展所需的化工产品。到2060年以后,有可能通过技术创新和发展,逐步走向新能源替代,实现CO2良性循环的新型“甲醇经济”发展道路。那时,我们的地球便真正做到了有效控制温室气体排放,实现绿色经济发展的理想模式,我们的国家也完成了建设两型社会(资源节约型、环境友好型)和生态文明在整个经济社会活动中的低碳与无碳化(见图6)。这样就实现了我国现代化发展目标的重大战略任务。

图5 生产甲醇和合成烃类所需的CO2来源

图6 甲醇经济路线示意图

因此,由甲醇作为化工基础能源,不失为一条可以延续到化石能源时代后期,解决能源问题的可行途径,其所具有的优势是其他能源无法比拟的。选择洁净煤多联产技术发展煤基甲醇能源化工,应是我国解决近期能源安全的最佳选择和实施低碳经济的必由之路。

Coal based methanol:China’s best transitional energy towards new energy

Guo Xinyu

(China National Special Committee for Alcohol Ether Fuels and Alcohol-Ether fuel Based Clean Vehicles,Chaoyang District,Beijing 100011,China)

Based on an elaboration on the multiple advantages of coal based methanol energy,it is taken for granted by this paper that energy chemical industry based on coal based methanol production is the only way leading from traditional fossil energy towards new energy and it is thus the essential way for China to cope with its energy security issue.

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TQ529

A

郭新宇(1953-),女,高级工程师,现任国家化工生产力促进中心的副主任,全国醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会第二届理事会秘书长。

(责任编辑 康淑云)