石油替代的对策和替代技术

黎元生

（中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

石油替代的对策和替代技术

黎元生

（中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

分析了石油生产、消费形势和中国搞石油替代的必要性，指出中国必须尽可能多地掌握用于液体燃料和重要化工产品原料的石油替代技术，由政府资助建设并运转示范装置，长期运转以积累工程经验、改进和提高技术；替代技术的商业化推广则应以市场为主，政府只作政策引导和补贴示范装置。

石油替代；煤制油；燃料乙醇；生物柴油

随着 2004年以来石油价格新一轮的大幅上涨（见图1），石油替代问题又一次被热炒了起来。这一轮的石油替代热有美国政府带头，众多石油公司跟进，再加上诸多政治因素的影响，因此不仅波及面广，且一直持续到现在还高热不退。仅管 2008年由美国引发的全球性金融危机将油价打下很多，但研究开发和实施石油替代技术的热潮并没有跟着油价同步降下来。

正在开发并实施的石油替代方案众多，目前已经商业化或半商业化的替代方案主要有煤制油、天然气制油、燃料乙醇和生物柴油、车用燃料电池等。南非由于特定的历史原因有着全球最大的煤制油产业，美国则在煤的直接液化和间接液化以及天然气制油技术开发方面投入最多。根据各国的资源情况甚至政治需要，美国大量采用玉米乙醇替代车用汽油，巴西则大量采用甘蔗乙醇替代汽油。中国在建起4家旨在消化陈化粮的燃料乙醇示范厂并在国内部分地区使用E10乙醇汽油后放慢了建厂速度，开始了冷静的观察。

各个国家的资源拥有情况不同，发展阶段也不同，应当采用不同或至少是有差别的石油替代策略。中国要不要搞石油替代，用什么来替代，替代的时机、规模和火候怎么掌握，这些问题都需要我们来冷静思考。

图1 近20年来国际油价(英国Brent原油)走势[1]Fig.1 Crude Oil Price (Brent dated)，1989-2009

1 液体燃料仍将以石油产品为主

近 30年来全球石油产量增长的同时,储采比仍在缓慢增加（如图2，R/P表示储采比），这表明近年来新探明的石油可采储量要高于当年的石油产量，在可预见的数10年内世界石油供应不会出现大的波动。中国的石油储采比20年来虽然在下降，但现在也基本趋稳，见图3。

图2 近30年来全球石油生产和储采比走势Fig. 2 Oil Production and R/P, total World , 1980-2009

图3 近30年来中国的石油产量和储采比走势Fig. 3 Oil Production and R/P, China, 1980-2009

基于世界石油供需基本平衡和储采比基本稳定这个事实，我们必须清醒的认识到，在可以预见的将来，石油产品仍将是液体燃料的主体，石油化学品的主要原料也将来自石油原料。随着石油替代的发展，石油供需的这种平衡将延续更长时间。

2 中国必须搞石油替代

近 10年来,中国的石油消费量和石油进口量快速增加（见图 4）,由于石油生产量一直在 2亿 t/a以下，新增加的需求几乎全部要依赖进口补充。中国社会正处于从温饱到小康再到全面小康的高速发展和转型期，汽车进入家庭进一步推动了石油消费的高速增长。尽管中国自2006年起石油消费总量的50%以上依赖进口，但人均石油消费量远低于发达国家，甚至远低于世界平均水平(见图5)。如果中国进入全面小康以后人均石油消费达到美国现在的水平，则全年将消费石油约40亿t，这已超过了2009年全世界的石油消费总量（38.82亿t）。

中国的国土面积和美国相当，即使全面小康以后也还会有数亿人口分散居住在乡村、城镇和小城市，而人口分布状况对人均油耗有直接影响。如果中国全面小康的人均用油目标参照发达国家中人口居住高度集中，国土面积较小的英国，将人均年用油量的目标定为1.3 t，则全国需要18亿t油。显然当今的世界难以为我们提供这么多油。这个基本国情决定了我们必须搞石油替代。

图4 中国石油消费量和进口量走势图[1-3]Fig.4 Oil Consumption and Import of China, 1997-2009

图5 2008年人均石油消费量[1,4]Fig.5 Oil Consumption, tons/person, 2008

3 中国的石油替代应该是多方位的

中国的现代化对石油的需求巨大，任何单一的石油替代物都完成不了这个任务，因此中国的石油替代只能是多方位的。石油替代的方案很多，已经工业应用的就有从非常规石油资源如油页岩、油砂等和煤、天然气生产石油到以生物柴油、燃料乙醇和甲醇、二甲醚等直接作为汽车燃料或燃料组分。这些替代方案各有特点，大体上可分为化石燃料方案和可再生资源方案。

煤和天然气制油是目前已经成熟的石油替代路线。从上世纪的二战期间煤制油技术工业化以来，南非的多套煤制油工业装置也已运行数十年。煤的直接液化制油、采用物理或化学方法拿出煤中的油（许多煤种中油含量远高于油页岩含油量）、煤气化后间接制油或以天然气制油以及综合利用煤焦油都是石油替代应该研究的方向。煤制油的经济性主要取决于石油的价格。由于石油价格上涨后煤制油的成本也相应增加，因此直到目前，煤制油在经济上仍然难以站住。判断煤制油是否经济的最简单方法就是看炼油厂的焦化装置是否赢利，或看炼油厂是否还在新建或扩建焦化装置。因为炼油厂的焦化装置在某种意义上也可以看作是油制煤装置。

煤炭、天然气和石油一样都是不可再生的资源，其储量和可供应量都是有限的。要从根本上解决当代人类的能源问题，还得依靠太阳当代提供给人类的能量积累，这就是可再生资源。作为石油燃料的替代品，目前可以得到的主要是生物柴油和燃料乙醇。作为化工原料的石油替代，许多含纤维和淀粉的农作物都可以大有作为。不论是作为运输燃料油还是化工原料用油的可再生资源替代，生物质都是最重要的研究对象。

生物质资源种类繁多，主要有农作物和农业有机剩余物、林木和森林工业剩余物、农副产品的有机废物和废水、动物排泄物和城市污水及垃圾等。还有水生植物、藻类和能进行光合作用的微生物等都是可以开发利用的生物质能资源。近期内可以做到并大规模发展油料作物生产生物柴油、植物纤维和淀粉以及糖类作物生产燃料乙醇、生物质生产化工原料。发展可再生石油替代工业技术还可以增加就业、增加农民收入并转移农业人口、减少CO2排放等。

以动植物油脂为原料的生物柴油在国内的发展受到较大的限制，表1统计数据表明近年来我国大豆和植物油进口量大幅增加，其势头可以和石油进口增幅相比。

表1 中国近年大豆和食用植物油进口统计[5-7]万tTable 1 Chinese import statistics of soybean and edible vegetable oil in recent years 10 kt

当然这不妨碍我们开发生物柴油技术，为将来非食用油料作物推广和非食用油料增产时做好技术储备。

乙醇作为车用清洁燃料添加组分已在国内外得到了广泛的应用。各主要燃料乙醇生产国近年来的产量走势见图 6。生产乙醇过程本身需要消耗较多的能源，不论乙醇作为车用清洁燃料添加组分本身在经济上能否站住，燃料乙醇是可以为内燃机提供能量的，因此可以替代一部分车用汽油。

图 6 近20年来燃料乙醇产量走势[1]Fig.6 Output change of fuel ethanol，1997-2009

国内2002年开始车用乙醇汽油使用试点工作，到2005年应用范围已扩大到东北、华北、华东和中南的9个省。乙醇汽油的推广及使用，不仅可以替代石油资源，还可以刺激农业的发展。

生物质裂解液化技术己被认为是最具发展潜力的生物能源技术之一。国际能源署（IEA）组织了加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国及美国的十余个研究小组包括Batelle、MIT等国际著名大学及实验室进行了数十年的研究工作，上世纪末就己有20余套工业示范装置在运行中，最大处理能力已超过日处理生物质100 t。

通过热裂解生物质可转化为可燃气、木炭和生物油，控制反应条件，如温度、原料、压力、滞留时间等，可实现改变3种产物的比例。典型的热裂解系统每处理1 000 kg生物质一般可生产200～250 m3可燃气、250～600 kg炭粉和200～300 kg生物油。

4 石油替代技术的商业化推广应以市场为主

各种可行的或潜在的石油替代方案的研究都应该得到鼓励和支持。国家应在多方位的石油替代技术方面进行技术储备，并资助建设和运行相当规模的工业示范装置。通过示范装置的运行，积累工程经验，发展和更新技术，培养和锻炼人员，并解决生产、储运和应用中遇到的问题。一旦国家有需求时可以随时扩大规模和新建产能。

由于现阶段几乎所有的石油替代方案在经济上都需要政策扶持才能商业化运营，以目前我国的国力，石油替代的产业化应该以市场引导为主。哪种替代方案首先取得可大幅降低成本的重大技术突破，就让市场首先选择哪个方案进行产业化推广。

5 结论和建议

在可以预见的将来，石油仍是液体燃料和石油化工产品的主要原料。

石油替代技术的研究已经进行几十年了，在未来的几十年中还要继续研究，但我们的重点仍应放在技术研究和跟进上。

为了保证国家的石油安全，必须尽可能多地掌握用于液体燃料和重要化工产品原料的石油替代技术，由政府资助建设并运转示范装置，长期运转以积累工程经验、改进和提高技术。

无论多么好的石油替代技术，其工业推广应以市场为主，政府只作政策引导和补贴示范装置。

[1] BP，BP Statistical Review of World Energy[EB/OL].2010, BP网站.

[2] BP，BP Statistical Review of World Energy[EB/OL].2009, BP网站.

[3] 国家统计局.中华人民共和国历年国民经济和社会发展统计公报[EB/OL].国家统计局网站.

[4] Population Division of the Department of Economic and Social Affair s of the United Nations Secretariat, World Population Prospects: The 2008 Revision[EB/OL].联合国网站.

[5] 国家统计局.中国统计年鉴2009[EB/OL].国家统计局网站.

[6] 国家统计局.中国统计年鉴2008[EB/OL].国家统计局网站.

[7] 国家统计局.中国统计年鉴2006[EB/OL].国家统计局网站.

[8] 中国期货交易网.2010-01-26[EB/OL].http://www.bjcifco.net.

[9] 中国粮油信息网. 2010-12-21[EB/OL].http://www.chinagrain.cn/dadou/2010/12/21.

[10] 中国粮油信息网.2010-12-23[EB/OL].http://www.chinagrain.cn/zonglvy-ou/2010/12/23.

Policy of Petroleum Substitution and Substitution Proposal

LI Yuan-sheng
(Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Sinopec，Liaoning Fushun 113001，China)

Production and consumption of petroleum in China were analyzed as well as the necessity of developing petroleum substitution energy. It was proposed that more petroleum substitution technologies should be developed through government funding in China，but commercialization of the petroleum substitution technologies should mainly depend on market, the government only needs to carry out policy guidance and financial subsidy.

Petroleum substitution; Coal to oil; Fuel ethanol; Biodiesel

TE 09

A

1671-0460（2011）01-0001-04

本研究工作得到中国石化科技开发部资金支持。

2011-01-01

黎元生，抚顺石油化工研究院副总工程师，教授级高工，中国石化有突出贡献的技术专家，1982年本科毕业于华东石油学院炼制系，1991研究生毕业于大连理工大学精细化工系，长期从事石油加工和生物燃料研究工作。E-mail：yslifs@hotmail.com。