替代石油新能源的技術發(fā)展及趨勢研究

1.世界石油資源形勢及發(fā)展趨勢

1.1世界石油資源形勢

20世紀的工業(yè)革命利用廣泛存在的化石資源推動了經(jīng)濟持續(xù)、高速地發(fā)展，但其引發(fā)的相關能源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)惡化等問題也日益加深，同時化石資源的分布不均勻性導致世界范圍內(nèi)的能源競爭，引發(fā)了一系列的國際政治問題。

目前，全球可采石油儲量的38%以上分布于中東，17.3%和16.5%分布于前蘇聯(lián)和北美，歐洲不足4%(見圖1)。

我國化石能源資源在世界已探明儲量中，石油僅占2.7%，天然氣0.9%，煤炭15%，呈現(xiàn)“缺油、少氣、多煤”的狀況，但其產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的比例卻分別高達4.2%、1.5%和33.5%。高速發(fā)展的經(jīng)濟導致石油大幅進口，自1993年起我國成為石油凈進口國，對外依存度高達40%，嚴重威脅著我國的能源安全。

1.2近年世界石油供需狀況

1985-2005年，世界石油需求的年均增長率約為1.7%，目前，全球十大石油消費國中有4個在亞太地區(qū)，其中中國為世界第二石油消費大國，日本第三，印度第六，韓國第七。未來20年內(nèi)，世界石油消費將以近2%的速度增長，高于過去20年的平均增長水平。未來石油需求呈現(xiàn)穩(wěn)定增長態(tài)勢，亞太地區(qū)需求增長最快，供需矛盾突出。

進入20世紀90年代，中國對石油進口的依賴度越來越大，中國原油消費量以年均5.77%的速度增加，而同期國內(nèi)原油供應增速僅為1.67%，供需缺口逐年拉大。由表1可知，我國石油消費增長迅速，對石油進口依賴度越來越大，這已成為我國的一個基本國性。

1.3替代石油能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和政策導向

石油屬于不可再生資源，同時以石油為代表的化石能源的生產(chǎn)和消費引發(fā)的環(huán)境問題越來越嚴重，已成為制約人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙之一，加上石油的高價位等因素，迫使世界各國尋求石油替代產(chǎn)品和新能源，大力推行能源多樣化，石油替代產(chǎn)品和新能源的開發(fā)利用。

在推行能源多樣化方面，日本、法國、德國、美國、巴西等國走在世界前列。日本天然氣占能源消費量的比例達13.8%、核電14.1%；法國核發(fā)電占其總發(fā)電量的70%以上；巴西可再生能源占能源消費的比例高達41%。德國、丹麥、美國等國家還大力發(fā)展清潔能源來取代核能。生物柴油在發(fā)達國家受到高度重視，2004年總產(chǎn)量已達193.34萬噸，歐盟計劃于2010年生物柴油產(chǎn)量達800—1000萬噸，使生物柴油在柴油市場中的份額達5.75%。美國生物柴油的發(fā)展也受到高度重視，2004年10月布什總統(tǒng)簽署了對生物柴油的稅收鼓勵法案，大力支持生物柴油在美國的發(fā)展。2005年初，巴西頒布法律規(guī)定，在巴西銷售柴油中必須添加生物柴油。中國生物質(zhì)能、風能、太陽能、水能等資源豐富，新能源建設的市場潛力很大。

鑒于化石能源資源的有限性和全球環(huán)境壓力的增加，世界上許多國家都認識到了新能源與可再生能源的重要性，并從政治、經(jīng)濟和技術上采取行動，出臺了一系列有利于加快新能源與可再生能源技術產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化的政策法規(guī)和措施。全球至少48個國家制定了促進可再生能源利用的政策。

我國政府十分重視能源多源化問題，采取國家財政補貼等鼓勵措施，大力推廣燃料乙醇試點工作，已建成四大乙醇燃料生產(chǎn)基地，總產(chǎn)能超過了100萬噸／年。2005年2月28日，第十屆全國人民代表大會常務委員會第十四次會議通過了《中華人民共和國可再生能源法》，自2006年1月1日起已正式實施，《能源法》立法工作也正在抓緊啟動。

2.多元化替代石油能源的技術開發(fā)現(xiàn)狀及應用

目前，多元化能源替代技術開發(fā)主要集中在煤及天然氣合成油、生物柴油、燃料乙醇等領域。

2.1天然氣合成油(GTL)技術

2.1.1國外技術開發(fā)及工業(yè)化情況

近幾年，各大石油公司都非常重視以天然氣為原料采用間接法合成油品的技術開發(fā)，殼牌、薩索爾等公司均開發(fā)了具有特色的工藝技術。

薩索爾公司開發(fā)了采用鐵基催化劑和流化床反應器的F-T技術，1993年在南非莫索灣建成一套以天然氣為原料的液體燃料規(guī)模為32000桶／日的裝置，生產(chǎn)高品質(zhì)的柴油、煤油和石腦油。薩索爾公司與Topsoe公司聯(lián)合開發(fā)了以天然氣為原料采用漿態(tài)床工藝生產(chǎn)餾分油的GTL技術——SSPD工藝。

殼牌公司開發(fā)了中間餾分油工藝，并采用茂金屬鈷基催化劑和湍流固定床反應器。1993年5月，在馬來西亞Bintulu建成GTL工業(yè)化裝置。

埃克森美孚公司采用鈷基催化劑和漿態(tài)床工藝的AGC-21工藝，成功地運行了一套200桶／日的中試裝置。

Syntroleum公司開發(fā)了采用鈷基催化劑和流化床工藝的Syntroleum工藝，并建成2桶／日的GTL中試裝置。

2.1.2國內(nèi)GTL技術開發(fā)情況

中國石化十分重視GTL技術開發(fā)，目標是開發(fā)出具有中國石化自主知識產(chǎn)權的成套GTL技術。目前在F-T合成催化劑上已取得了一定的進展。

1)大連化物所F-T合成催化劑。

中國石化立項安排中科院大連化物所開發(fā)的適用于列管式固定床反應工藝的氧化硅負載的鈷基催化劑，具有合成直鏈高碳烴(蠟質(zhì)產(chǎn)品)的特點。目前開發(fā)的適用于漿態(tài)床反應工藝的活性炭負載的鈷基催化劑，具有較好的制取柴油餾分的性能。液體產(chǎn)品中柴油組分較高，其中C10～C20液體在產(chǎn)物中的比例為60%左右。

2)F-T合成催化劑

該催化劑是由中國石化股份有限公司石油化工科學研究院(RIPP)開發(fā)的，以氧化鋁為載體、金屬鈷為活性組分，一定程度上解決了F-T合成反應過程中在提高CO轉(zhuǎn)化率時，C+5選擇性下降的問題，大大提高了反應經(jīng)濟性和碳源利用效率，催化劑已基本定型。

國內(nèi)其他企業(yè)F-T合成技術開發(fā)情況：中科院山西煤化所先后開發(fā)了將傳統(tǒng)F-T合成與沸石分子篩相結(jié)合的固定床二段合成工藝和漿態(tài)床—固定床二段工藝，于2001年建成千噸級漿態(tài)床合成油試驗裝置和催化劑制備裝置，已進行了多次試驗，并得到合格產(chǎn)品。目前正計劃建10萬噸級工業(yè)示范裝置。山東兗礦集團公司2004年建成了5000噸／年漿態(tài)床低溫F-T合成油裝置，連續(xù)運行4706小時。目前已完成百萬噸級煤制油工業(yè)示范裝置可行性研究報告。兗礦集團在國內(nèi)合成油領域居領先地位，該集團目前已擁有包括反應器和催化劑技術的F-T合成核心技術。