煤基甲醇是中國向新能源過渡的最佳能源

郭新宇

(全國醇醚燃料及醇醚清潔汽車專業(yè)委員會(huì),北京市朝陽區(qū),100117)

煤基甲醇是中國向新能源過渡的最佳能源

郭新宇

(全國醇醚燃料及醇醚清潔汽車專業(yè)委員會(huì),北京市朝陽區(qū),100117)

通過闡述煤基甲醇能源的諸多優(yōu)勢(shì),認(rèn)為發(fā)展煤基甲醇能源化工,是唯一可以銜接化工能源和新能源的物質(zhì),是解決中國能源安全問題的必由之路。

煤基甲醇 能源化工 甲醇汽車 中國

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展,能源需求大幅增長(zhǎng)。尤其是改革開放以來,石油和化工行業(yè)發(fā)展迅速,導(dǎo)致我國能源消費(fèi)過多地依賴石油。2008年我國石油產(chǎn)量和進(jìn)口量已基本持平,均已接近2億t。由于石油是化石能源,是一種重要的戰(zhàn)略物資,這種現(xiàn)狀使我國能源供應(yīng)存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。中國作為一個(gè)發(fā)展中的大國,為保證能源安全,必須長(zhǎng)期堅(jiān)持能源供應(yīng)基本立足國內(nèi)的方針。

1 發(fā)展煤基能源是解決中國能源安全問題的必由之路

1.1 中國以煤為主的資源特點(diǎn)

煤炭是世界上儲(chǔ)量最大的礦物能源,根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計(jì)2009》中報(bào)道,全世界煤炭探明的可采儲(chǔ)量8260億t,其中美國占28.9%,前蘇聯(lián)占27.4%,中國占13.9%。見圖1。

中國煤炭資源相對(duì)豐富,是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國家,在我國探明的化石能源儲(chǔ)量中煤炭占94.3%,石油、天然氣僅占5.7%。雖然煤炭資源不及美國,但在產(chǎn)量上卻居世界第一,2008年全世界煤炭產(chǎn)量約50億t,中國就達(dá)27.82億t。從消費(fèi)結(jié)構(gòu)來看,自1990年以來,工業(yè)領(lǐng)域的煤炭消費(fèi)一直占全國能源總消費(fèi)量的70%以上。同時(shí),我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國。2008年中國能源消費(fèi)總量28.5億t當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)煤,居世界第2位,比2007年增長(zhǎng)4.0%。其中,煤炭消費(fèi)量27.4億t,增長(zhǎng)3.0%;原油3.6億t,增長(zhǎng)5.1%;天然氣消費(fèi)量807億m3,增長(zhǎng)10.1%;電力消費(fèi)34502億kWh,增長(zhǎng)5.6%。

圖1 世界煤炭可采儲(chǔ)量分布比例(2008年)

因此,要順利完成向新能源時(shí)代的銜接及過渡,只有結(jié)合中國國情、走符合科學(xué)發(fā)展規(guī)律的“節(jié)能優(yōu)先、立足中國、煤為基礎(chǔ)、多元發(fā)展”的能源戰(zhàn)略之路。

1.2 發(fā)展現(xiàn)代煤基能源是資源節(jié)約和環(huán)境友好的必然

從傳統(tǒng)意義上講,煤炭較之石油和天然氣,屬低效、高污染能源。它一方面為我國的能源消費(fèi)和化工原料提供了保障,另一方面卻又是環(huán)境污染的主要來源。從圖2可見,中國大氣污染物中燃煤排放所占的比例。

圖2 2006年中國主要大氣污染物中燃煤排放物所占比例

2008年10月29日胡錦濤總書記在考察陜西神木60萬t煤制甲醇項(xiàng)目時(shí)指出:“我國石油資源短缺,煤炭資源豐富,煤化工有著廣闊的發(fā)展前景,希望企業(yè)大力推進(jìn)自主創(chuàng)新,加強(qiáng)煤炭資源的深度開發(fā),為優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu),維護(hù)國家能源安全,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)”。

在新形勢(shì)下中國煤化工能否實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,取決于環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)效益兩方面是否能有好的表現(xiàn)。中國是在缺油、少氣、富煤的資源條件下發(fā)展煤化工的,要立足中國自己的優(yōu)勢(shì)能源發(fā)展,必須解決其所帶來的環(huán)境問題,只有在使用潔凈煤技術(shù)和節(jié)能提效優(yōu)先的條件下,在生態(tài)環(huán)境允許和具有經(jīng)濟(jì)效益的前提下,煤化工的發(fā)展才是可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)代煤化工走的就是一條科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少、經(jīng)濟(jì)效益好的新的煤基能源化工發(fā)展道路。現(xiàn)代煤化工越發(fā)展,越能減輕對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)石油資源的依賴,這對(duì)確保國家能源供應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定具有深遠(yuǎn)意義。為此,發(fā)展現(xiàn)代煤化工的潔凈煤技術(shù)是我們必然的選擇,而利用潔凈煤多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的煤基甲醇能源更是中國在向新能源過渡時(shí)期的最佳選擇,它充分體現(xiàn)了資源的節(jié)約和環(huán)境的友好。

1.3 過渡時(shí)期煤基甲醇能源替代石油能源的可行性

中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展路線決定了在今后50年內(nèi),只能依托自身的資源和條件大力發(fā)展現(xiàn)代煤化工,走新一代的煤基能源化工發(fā)展的戰(zhàn)略路線。在過渡時(shí)期,我們應(yīng)堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀,按照資源節(jié)約、環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展原則,穩(wěn)妥有序地進(jìn)入新一代煤基甲醇能源化工時(shí)代,也就是現(xiàn)代煤化工。2006年11月20日,曾培炎副總理主持召開的《發(fā)展替代能源有關(guān)問題會(huì)議》上強(qiáng)調(diào):發(fā)展替代能源要根據(jù)以新能源替代傳統(tǒng)能源,以優(yōu)勢(shì)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結(jié)構(gòu)中的比重。煤基甲醇便是我國的優(yōu)勢(shì)能源,依托現(xiàn)代煤化工技術(shù)的發(fā)展,特別是煤基“多聯(lián)產(chǎn)”體系的發(fā)展為支撐,實(shí)現(xiàn)以優(yōu)勢(shì)能源替代劣勢(shì)能源的原則,到2020年以1.3億t標(biāo)煤生產(chǎn)1億t甲醇,可替代超過1億t原油,以此減少1億多t原油的進(jìn)口,不僅為國家少支付進(jìn)口原油外匯,增加財(cái)政及稅務(wù)收入,還可以保證我國原油對(duì)外依存度在50%以下,以保障我國的能源安全。它將支撐國家新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,增加就業(yè)機(jī)會(huì),對(duì)“保民生、擴(kuò)增長(zhǎng)、調(diào)結(jié)構(gòu)”具有重大意義。

為此,國家發(fā)改委在《煤化工產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃征求意見稿》中提出,2006-2020年我國煤化工規(guī)劃總投資超過1萬億元,在全國打造7大煤化工產(chǎn)業(yè)區(qū),分別是黃河中下游、蒙東、黑東、蘇魯豫皖、中原、云貴和新疆。

2 煤基甲醇能源作為過渡能源的優(yōu)勢(shì)

2.1 甲醇能源已成為未來物質(zhì)世界或新能源時(shí)代的根本和基礎(chǔ)

當(dāng)前,合成氣(CO+H2)是當(dāng)代碳利用的基礎(chǔ)。無論以什么化石能源為原料,只要制備成合成氣就有了合成一切碳?xì)浠衔锏奈镔|(zhì)基礎(chǔ)。而甲醇則是唯一合成氣轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%的物質(zhì)。甲醇能源化工體系見圖3。

從圖3可以看出,無論是煤還是石油、天然氣(或油田伴生氣)作為原料制備甲醇均可單元使用或多元同時(shí)使用,以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),并可采用互相匹配的工藝技術(shù)獲得任何相同的目標(biāo)產(chǎn)品。也就是說,無論是石油化工、煤化工、天然氣化工均可經(jīng)過合成甲醇向下游發(fā)展,這就自然將甲醇推到了二次能源的地位,甲醇體系的能源化工應(yīng)運(yùn)而生。甲醇體系能源化工的發(fā)展集成了石油、煤、天然氣化工的優(yōu)勢(shì),彌補(bǔ)了不同化石能源產(chǎn)品的不足,未來甲醇體系能源化工的發(fā)展,將改變化學(xué)工業(yè)的方向。

圖3 甲醇能源化工體系

因此,在當(dāng)前我國以煤為主、多元發(fā)展的能源政策指導(dǎo)下,替代石油基能源化工必須科學(xué)有效地從甲醇做起,石油化工能做的,甲醇體系能源化工均能做到,但以甲醇為基礎(chǔ)的碳一化工所具備的優(yōu)勢(shì),石油化工卻很難做到。甲醇已客觀成為能源化工的物質(zhì)基礎(chǔ)。這也是甲醇體系能源化工路線體現(xiàn)的化學(xué)工業(yè)方向。

2.2 甲醇作為清潔的替代交通能源已成為現(xiàn)實(shí)

據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》2009年5月8日的報(bào)道說:“今年5月美國能源部宣布,鑒于氫燃料電池汽車在未來10～20年內(nèi)無法投入實(shí)際應(yīng)用,政府將停止撥付有關(guān)研發(fā)經(jīng)費(fèi)。”美國能源部長(zhǎng)朱棣文也發(fā)表講話說:“研發(fā)氫燃料電池和氫能源輸送技術(shù)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn),美國政府更傾向于將重點(diǎn)放在更快產(chǎn)生效果的項(xiàng)目。”奧巴馬總統(tǒng)向美國國會(huì)承諾:“美國將在2050年前減排80%。”中國政府也在哥本哈根會(huì)議上提出,到2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。從目前交通燃料的替代能源來看,發(fā)展甲醇汽油和甲醇柴油既能滿足加速石油基交通能源的替代,又為中美兩個(gè)大國承擔(dān)世界環(huán)境責(zé)任奠定基礎(chǔ)。中國現(xiàn)已公布了甲醇汽油的兩項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn):車用甲醇汽油(M85)國標(biāo)號(hào)GB/T 23799-2009和車用燃料甲醇國標(biāo)號(hào)GB/T 23510-2009,車用甲醇汽油(M15)標(biāo)準(zhǔn)也即將獲得批準(zhǔn)。甲醇燃料國家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布將會(huì)推動(dòng)煤基甲醇體系能源化工產(chǎn)業(yè)的加快發(fā)展。

最近由國家機(jī)動(dòng)車排放重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果(見表1)顯示,M15汽車尾氣中甲醛含量較汽油車低19.4%。

我國目前尚無汽車非常規(guī)排放物標(biāo)準(zhǔn)。在比較非常規(guī)排放時(shí),必須比較不同燃料的各種非常規(guī)的有害排放物。大家知道,苯、丁二烯、乙烯、PAH多環(huán)芳烴和鉛都是致癌物,在汽油車和柴油車的排放中都存在。M85甲醇車排放的少量苯和丁二烯等,來源于為改善汽車起動(dòng)性而在甲醇中添加的10%～15%汽油,數(shù)量少得多。甲醛主要來源于汽車低溫冷啟動(dòng)和暖機(jī)過程,現(xiàn)已研究出甲醇特殊催化和電加熱裝置,可把甲醛降低到與汽油車相同的水平。據(jù)美國加州大氣資源局評(píng)估,甲醛的毒性為苯的1/5,乙醛為苯的1/10。因此可認(rèn)為,在非常規(guī)排放中,甲醇也比汽油和柴油好,并和CNG(車用天然氣)、LPG(液化石油氣)相當(dāng)。

表1 國家機(jī)動(dòng)車排放重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果

甲醇汽車排放的CO2低于汽、柴油車。對(duì)于傳統(tǒng)觀念認(rèn)為,煤制甲醇生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO2,大于石油基燃料生產(chǎn)過程所生產(chǎn)的CO2的問題,我們可以通過多聯(lián)產(chǎn)新技術(shù)和煤化工過程對(duì)CO2濃縮的優(yōu)勢(shì),通過技術(shù)進(jìn)步予以較好地解決。

2.3 甲醇是唯一可以銜接化石能源轉(zhuǎn)向新能源的過渡物質(zhì)

今后甲醇合成中的碳利用可不必通過化石能源制備合成氣而得,而是在CO2的利用技術(shù)上突破,未來的CO2便是作為地球有機(jī)物質(zhì)世界碳的主要資源。CO2替代化石能源見示意圖4。

圖4 CO2替代化石能源示意圖

也就是說,今后的甲醇不用化石能源作原料,而是利用CO2與H2合成,目前已有許多國家研發(fā)該項(xiàng)技術(shù)。屆時(shí)的CO2來源見圖5。

由于甲醇生產(chǎn)原料可以由化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)化,使甲醇體系的能源化工起到了銜接后石油時(shí)代與新能源時(shí)代的作用。甲醇體系的能源化工時(shí)代發(fā)展前期主要由煤、天然氣、石油等化石能源為原料,在30～50年內(nèi)乃至更多的時(shí)間內(nèi),我國的資源國情決定了在中國發(fā)展甲醇經(jīng)濟(jì)仍以煤炭為主,所以必須利用低碳技術(shù)大力發(fā)展現(xiàn)代煤化工。到甲醇體系能源化工時(shí)代的后期,隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展,便可用核聚變?yōu)槟茉粗黧w電解海水產(chǎn)生的“氫”,和世界已儲(chǔ)存的CO2、大氣存在的CO2以及煤基能源化工產(chǎn)業(yè)良性調(diào)控的CO2相結(jié)合生產(chǎn)甲醇、二甲醚燃料及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所需的化工產(chǎn)品。到2060年以后,有可能通過技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展,逐步走向新能源替代,實(shí)現(xiàn)CO2良性循環(huán)的新型“甲醇經(jīng)濟(jì)”發(fā)展道路。那時(shí),我們的地球便真正做到了有效控制溫室氣體排放,實(shí)現(xiàn)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的理想模式,我們的國家也完成了建設(shè)兩型社會(huì)(資源節(jié)約型、環(huán)境友好型)和生態(tài)文明在整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)中的低碳與無碳化(見圖6)。這樣就實(shí)現(xiàn)了我國現(xiàn)代化發(fā)展目標(biāo)的重大戰(zhàn)略任務(wù)。

圖5 生產(chǎn)甲醇和合成烴類所需的CO2來源

圖6 甲醇經(jīng)濟(jì)路線示意圖

因此,由甲醇作為化工基礎(chǔ)能源,不失為一條可以延續(xù)到化石能源時(shí)代后期,解決能源問題的可行途徑,其所具有的優(yōu)勢(shì)是其他能源無法比擬的。選擇潔凈煤多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)發(fā)展煤基甲醇能源化工,應(yīng)是我國解決近期能源安全的最佳選擇和實(shí)施低碳經(jīng)濟(jì)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,高級(jí)工程師,現(xiàn)任國家化工生產(chǎn)力促進(jìn)中心的副主任,全國醇醚燃料及醇醚清潔汽車專業(yè)委員會(huì)第二屆理事會(huì)秘書長(zhǎng)。

(責(zé)任編輯 康淑云)