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关于二甲醚替代能源的思考
作者/来源:汤 洪,许建平,孙 炳(四川天一科技股份有限公司,四川 成都 610225)   日期: 2009-05-15   点击率:3789

1 替代能源的要素与二甲醚燃料

按照可持续发展战略思想,替代能源应具备以下要素。

1)有充足的资源。没有丰富的资源支持,就无法保证替代能源的大规模生产,也不能真正解决能源的替代问题。

2)有环保性。替代能源应有较好的环境特性,其生产与应用如果对环境造成消极影响,则不是理想的替代能源。

3)有经济性。替代能源的生产成本应低于现有能源的生产成本,否则没有市场竞争力。

任何产品的生产成本由生产装置建设以及生产过程中自然资源、社会资源、人力资源的消耗量表征。替代能源也不例外,替代能源的发展也要遵循经济规律。

替代能源生产的资源消耗量包括:(1)生产过程中实际消耗的资源;(2)形成生产装置(固定资产)过程中消耗的资源。

后者往往被人们所忽视。比如风能、太阳能的利用等,从目前的情况看,最大的问题是投资过高,设备效率低。事实上,风能发电是要靠国家补贴才能维持生产的。其高投入已经说明形成生产装置(固定资产)过程中消耗了大量资源,因此成本就高。生产成本高的能源生产方法是不可取的。

所以生产成本最能说明问题。每个历史时期都有与该时期相适应的能源,生产成本高的替代能源就是与所处历史时期不相适应。

还有一点要注意的,就是资源总量的问题。我国土地资源相对匮乏,风力资源更是有限,即使花大力气大投入去发展这些能源,也很难满足目前我国液体燃料的巨大需求。

尽管替代能源使用和推广的基本前提之一是对环境的负面影响必须小于现有能源,但也不宜过分强调能源的生物质可再生等概念性特点。比如生物质能源,植物生长需要化肥、农药这些是需要消耗能源的,而从植物到燃料的生产过程也必然要消耗能源,这些能源也是不可再生的;从生物到燃料的加工过程也会产生污染。又及,需要政府补贴的替代能源是不宜大力发展的。

我国是能源消费大国,虽然石油储量产量不能满足消费需求,但并不是能源很匮乏的国家。我国煤炭资源相对丰富,煤炭是我国能源的主要支柱,在总能源消费量中占主导地位。我国缺乏的是液体燃料(优质洁净燃料),即作为运输工具(车、船、飞机)动力用的液体燃料。而这些液体燃料主要来自石油。我国的石油生产量远远满足不了社会经济发展的要求,需要大量进口,石油的对外依存度连续几年超过45%。动力用液体燃料自给不足的问题将制约我国社会经济的发展,影响我国经济的相对独立,直至影响我国的能源安全。因此,寻找新的液体燃料以补充石油缺口,应是目前能源工作的当务之急。

根据我国煤炭资源相对丰富的现状,发展煤基液体燃料是补充液体燃料缺口的有效方法。当然,有一定的经济性是前提条件。

二甲醚燃料具备上述替代能源的诸要素,理应优先发展。近年来关注二甲醚燃料的除中国以外,还有日本、韩国和一些欧盟国家。这些国家注重的主要是二甲醚的环保特性。比如日本,规划中的二甲醚燃料主要是用于发电和车用。而在中国,由于燃料油的巨大缺口,又有相对丰富的煤炭资源作为二甲醚生产的原料,发展煤基二甲醚替代能源更是一举多得的事情。

2  煤基燃料油和煤基醇醚替代能源的比较

煤基燃料油也具备上述替代能源的诸要素,所以有必要作比较。

以煤为原料生产液体燃料大体上可分为两类:一类是以煤为原料生产燃料油,包括煤直接液化制油和间接液化制油;另一类是以煤为原料生产液体替代燃料,现阶段的主要形式是煤制甲醇、二甲醚,即所谓的煤基醇醚燃料。甲醇、二甲醚可分别替代汽油、柴油和液化气。

以煤为原料生产燃料油,其明显的优势在于可直接使用。包括发动机、车辆、油品的储存、运输、输送、加油等设施,都不需要进行改造。但是我们仍然认为,发展煤基替代燃料,比发展煤制油更适合现阶段我国国情。我们可以从以下几个方面做直观的比较。

1)投资

根据有关机构的研究结果,甲醇对汽油的替代比在1.51左右。即作为汽车燃料,1.5 t甲醇与1 t汽油,相同型号、相同载重的汽车行使的里程相等。因此我们以1 Mt/a的煤制油装置与1.5 Mt/a的煤制甲醇装置投资进行比较。1 Mt/a煤制油装置的投资超过120亿元,而1.5 Mt/a的煤制甲醇装置投资只有70亿元左右,显然煤制油的投资高得多。

2)煤炭消耗

煤直接液化制油和间接液化制油,每吨油品的煤炭消耗均在4.5 t以上;而煤制甲醇每吨甲醇的原料煤消耗不到2 t1.5 t甲醇的煤炭消耗不到3 t。即当量燃料的煤炭消耗,煤制油比煤制甲醇高出50%以上。

3)环境影响

生产过程二氧化碳排放比较

从生产过程看,不管是煤制油还是煤制醇醚,所需要的氢均来源于水。油品不含氧,甲醇、二甲醚含氧。煤制醇醚既用了水中的氢原子又用了水中的氧原子;而煤制油只用了水中的氢原子,没有用水中的氧原子,这样氧原子最终是以二氧化碳的形式排放的。而且水中的2个氧原子要消耗煤炭中的1个原子碳,由此也可推断煤制醇醚的原料利用率高。又由于煤制油的煤炭消耗量大,燃料煤中的碳也都是以二氧化碳的形式排放的。部分工艺中还有煤变成二氧化碳,所以煤制油过程的二氧化碳排放量相对较大。每吨混合油的二氧化碳排放量在8.5 t左右,而生产1.5 t甲醇二氧化碳排放量只有5.0 t左右。因此生产过程中当量燃料的二氧化碳排放量,煤制油比煤制甲醇高得多。

燃烧尾气比较

甲醇和二甲醚是含氧化合物,这是一个很重要的特性。因为含氧,燃烧需要的空气量就少,空气与燃料的混合要求就低,局部过热和燃烧不完全的可能性就低。又由于甲醇和二甲醚产品杂质组成简单,燃烧时不但热效率高,而且燃烧尾气有害成分含量低,比如NOx(局部过热引起)、CO(燃烧不完全引起)等有害成分的含量就比油品燃烧尾气低得多,冒黑烟(析碳,局部过热供氧不足引起)的现象也很少。甲醇和二甲醚由其生产过程决定了产品中不会有硫和硫的化合物,故燃烧尾气中自然不会有硫的化合物。甲醇和二甲醚作为汽油和柴油的替代燃料,将降低污染物的排放,对环境产生积极影响。

从以上比较可以看出,不论是从资源的合理利用方面,还是环境影响方面,与煤制油比较,煤制醇醚燃料具有明显的优势。发展煤制醇醚燃料既有较好的经济性,又符合可持续发展的战略思想。

3  关于甲醇燃料与二甲醚燃料

甲醇燃料与二甲醚燃料的共同特点如下。

1)为含氧化合物。分子中含有氧原子,燃烧需氧(空气)量少,与空气混合要求低,热效率高。

2)无CC链,燃烧过程不产生黑烟(析碳)。

3)燃烧尾气中NOXSOXCO等有害成分含量比汽油、柴油都低。