煤化工主要产品市场概述
    我国是成品油消费大国,消费增长迅速。1995~2005十年间,我国汽、煤、柴、润产量年均增长率分别为6.90%、9.27%、11.86%、11.30%。虽然我国成品油生产已基本可以满足国内的需求,汽煤柴供需基本平衡,但原油大量依赖进口。根据对国内各行业分析,预计2005年、2010年和2015年我国成品油(汽煤柴)的国内需求将分别达到17544万吨、23650万吨和29700万吨,2005~2010和2010~2015年均增长率分别为6.2%和4.7%。预计2010年我国进口石油量将达到1.45亿吨。
    我国煤炭总资源量较多,2005年,我国煤炭产量为21.1亿吨,同比增长8.2%。2004年我国煤炭探明储量、产量和消费量分别占世界总量的12.6%、35.3%和34.4%。我国既是煤炭资源大国,又是生产和消费大国,同时也决定了我国能源消费和碳一化工发展将主要立足于煤炭。
    煤化工替代燃料产品可分为三类:含氧燃料(醇/醚/酯)、合成油(煤制油)、气体燃料(甲烷气/合成气/氢气)。其中含氧燃料技术成熟,是近期应予推广应用的重点;合成油与现有车辆技术体系和基础设施完全兼容,但其技术尚待完善,将在2020年发挥重要作用;气体燃料车优点很多,我国将从基础科学研究、前沿技术创新、工程应用开发等方面逐一突破。
    蛰伏的煤制油市场
    煤制油又分为煤直接液化和间接液化。煤直接液化是煤通过催化加氢直接液化合成液态烃类化合物,精制后制取汽油、柴油。直接液化对煤质要求十分苛刻,需选择易磨、含水低的煤,而且要求煤中含氢高,含氧、硫、氮低,且投资较高。煤间接液化是将煤先气化生成合成气,再通过费托(F-T)合成转化为烃类化合物。此方法投资大,耗煤多,另外反应过程产生大量水和热,合成气分子利用率低,能效偏低。
    1927年,德国建成世界上第一套年产10万吨的煤直接液化装置,但20世纪50年代廉价石油的开采,使煤制油失去经济竞争力。20世纪70年代发生石油危机,给煤制油提供了新的发展机会,俄、美、德、日先后开发了不同的煤直接液化工艺技术。但是至今没有一个国家实现煤直接液化技术的工业化生产。
    南非Sasol公司是目前全世界惟一用F-T煤间接液化技术进行现代工业化生产的工厂。年加工煤炭总量4590万吨,生产130多种化工产品,总产量达760万吨。但在世界其他地区,成本问题却成为煤液化大规模商业化发展的主要障碍。目前,我国还没有使用煤间接液化技术生产合成油的现代工业化经验。
    我国的煤制油技术研究始于上世纪50年代,中国煤炭科学研究总院于1980年重启煤直接液化技术的研究。1997年以来,对我国不同煤种进行了试验,进行了建设煤炭液化示范厂的可行性研究工作。本世纪初,中国煤炭研究总院和神华集团合作开发了具有世界先进水平的高分散铁质催化剂。目前,神华集团在上海建成了一套日加工原煤6吨的煤液化试验装置,各项指标达到设计要求。而一期工程正在建设中、建设投资超过200亿元的神华鄂尔多斯煤制油工程投产后各种油品超过300万吨。
    中科院山西煤化所经过多年的攻关,于2002年6月建成投产了设计能力为年产千吨级合成油的煤间接液化技术中试厂,目前正在建设工业示范装置。兖矿集团于2001年启动间接液化技术研究,2003年7月在山东鲁南化工厂建成万吨级中试装置,2004年3月一次投料试车成功,目前正在申请投入产业化建设。
    近几年,我国煤制油的技术进展较快,不论直接液化或间接液化都逐步进入工业示范阶段,能源的紧缺和技术的进步,使得各方面给予煤制油高度的关注。但是煤制油工艺复杂,投资较大,能耗较高,对煤质有一定要求,并非所有地区都具备条件建设。
    就目前情况而言,在有条件的地区可建设2~3套直接液化和间接液化的示范装置为较明智的选择。同时在今后一段时期,石油炼制仍然是油品生产的主导工艺。
    甲醇燃料市场锋芒渐露
    甲醇燃料的辛烷值高、可提高抗爆性、压缩比、热效率、减少排放;其次甲醇分子量较小、沸点较低,使得雾化性能好、燃烧充分。甲醇燃料和汽油相比,由于氧含量高、热值低存在自供氧效应,减少CO和碳氢排放,氮氧化物排放与汽油相当,动力性能不会降低。在资源供应越来越紧张的今天,甲醇燃料正在受到世界各国的重视。
    在目前的开发应用中,甲醇燃料分为直接使用和间接使用两类。考虑甲醇汽车技术进展,显然低比例甲醇适合在普通车上,而高比例甲醇适合专用甲醇汽车。因而,具有发展前途的应该是低于15%的甲醇汽油,以及技术比较成熟的M85高比例甲醇汽油。
    国际上甲醇汽油开发及应用开始于上世纪70年代,德国、美国、日本等国先后进行甲醇燃料及甲醇汽车配套技术的研究开发。德国30年前就推出了甲醇汽车,德国大众汽车公司还在中国推出M100甲醇汽车示范车。美国重点开发M85、M100专用甲醇燃料汽车。美国福特公司还开发了可使用甲醇与汽油以任意比例混合燃料的灵活燃料汽车(FFV)。目前FFV汽车在美国已经能大规模商业生产。日本对甲醇燃料研究始于上世纪80年代后期,进入90年代初期已有300多辆甲醇燃料汽车投入运行。
    在我国一些具有资源优势的地区,如山西、四川、河南等地,甲醇汽油车辆的示范运行已有多年。1998年山西组织为期3年'煤制甲醇洁净燃料汽车示范工程'的推广运行,2002年10月起,在太原、阳泉、临汾、晋城四个城市进行甲醇汽油产业化试点工作。运行经验表明,低比例掺烧甲醇(M3-M5)可直接当汽油使用,其与汽油的替代比为1∶1,并可以提高汽油的辛烷值,具有良好的抗爆性,车辆尾气排放物减少10%。中比例下M10-M20掺烧可以做到不分层,不乳化,存放时间可达3个月以上,但需要使用添加剂以解决低温启动困难、高温气阻、腐蚀溶胀、动力下降、油耗增高等问题。高比例M85甲醇汽油和M100(100%甲醇)不需要使用添加剂,主要存在低温起动性问题,因此需对发动机进行改造。研究表明,甲醇汽油在技术上是基本可行的。但是,从汽车运行的角度,如果进行大范围推广使用,还有待于做进一步的深入研究,从科研与示范的角度都还需要对运行中存在的问题进行深入的研究与试验工作。
    甲醇燃料电池的市场同样不可忽视,燃料电池系统的制造成本比发动机改造低,而且燃料电池汽车除去了传动系统,使整车生产更加容易。
    由于可直接使用液体甲醇作燃料,除配备极简单的甲醇贮存器外不需要增设其它装置,甲醇燃料易于携带和更换,使用十分方便,因此已成为全球微型燃料电池开发的主要技术而在今后获得批量生产。戴姆勒-克莱斯勒已经开发出NECAR3型汽车,采用以甲醇为液体燃料的板式燃料系统;本田公司于2000年开发出了甲醇电池车,2003年开始商业化生产;日产公司已经开发出了甲醇电池车,2003年投入市场。福特公司已经开发出运动型原型车,采用甲醇液体电池发动机,2004年进行商业化生产;通用汽车公司也已经开发出了甲醇电池原型车,2004年投入商业化生产。
    美国为了促进甲醇电动汽车的技术开发和市场推广,在1999年9月签署法案,以低税率和政府补贴的方式对甲醇电池技术予以支持。对新建甲醇充装站或改造现有的汽柴油加油站的,美国政府将给每座充装站3万美元补贴。
    2005年国内甲醇总能力达到约867万吨/年,有效能力约720万吨/年,2005年国内甲醇产量535.6万吨,表观消费量为666.2万吨。目前国内甲醇生产主要分布在中南和华东地区,分别占国内总能力的25%和23%。国内在建和拟建甲醇项目较多,总能力约有1500万吨/年,主要集中在西部地区,这些项目如能顺利进行,预计到2010年国内甲醇总能力将达到约2000万吨/年。
    1998年国家经贸委在山西进行'煤制甲醇-洁净燃料汽车示范工程'项目,48辆中巴车在城际间运行,累计里程494万公里。随后又陆续扩大到100辆在5个城际间运营,单车最高里程达35万公里。2002年甲醇汽柴油(M15)运营10万辆车次示范项目成功。在示范工程项目期间完成了对发动机甲醇化改造,对全甲醇发动机、尾气催化装置、甲醇汽柴油添加剂、腐蚀抑制剂、专用机油、耐醇材料以及对环境和人体健康的影响等方面进行了研究,全面系统地取得了产业化的技术成果。
    目前已颁布施行的省级地方标准6个,山西M5和M15,陕西的M25和M15,黑龙江的M15等。
    二甲醚燃料蓄势待发
    二甲醚早期主要用作气雾剂,目前作为清洁燃料之一开始用于民用燃料和汽车代用燃料。由于其易压缩、易贮存、燃烧效率高、污染低,还可替代煤气、LPG作民用燃料。预计二甲醚在LPG资源较为稀缺的地区市场发展潜力较大。
    二甲醚具有较高的十六烷值,是替代柴油的好产品。尾气排放达欧III标准,部分达欧IV标准,发动机动力性超过柴油,目前样车已行驶6000千米。但二甲醚汽车发动机要重新设计,油路系统需加压,加油站投资较大。
    二甲醚最大的特点就是燃烧时绝不会产生任何黑烟,不含硫、氮氧化物比汽油与液化石油气体等燃料要少。使用二甲醚作为汽车燃料,汽车尾气无需催化转化处理即可达到高标准的'欧洲Ⅳ'排放标准。二甲醚作为清洁燃料方面的发展潜力巨大。在同等的温度条件下,二甲醚的饱和蒸气压低于LPG,其储存、运输等均比LPG安全。二甲醚在空气中的爆炸下限比LPG高1倍,因此使用过程也比LPG安全。二甲醚的热值较LPG低,但二甲醚含氧,在燃烧过程中需要的理论空气量远低于LPG,从而使二甲醚的预混气热值和理论燃烧温度高于LPG。
    由于二甲醚燃料的卓越性能,二甲醚燃料发动机技术已引起发达国家政府和专家的高度重视。近年来,欧盟、美国、日本、韩国等国家十分看好二甲醚燃料汽车的市场前景和环保效益,纷纷开展二甲醚燃料发动机与汽车的研发。在欧洲,VOLVO汽车公司研制出了燃用二甲醚燃料的大客车样车用于试车与示范。在日本,NKK公司和交通公害研究所分别研制了使用二甲醚燃料的卡车样车,并计划小规模推广。
    由于二甲醚液化气在室温下压力符合现有LPG要求,可用现有的LPG气罐集中统一盛装,储运安全,组成稳定,无残液,可完全利用。同时由于与LPG灶基本通用,使用方便,不需预热,随用随开。二甲醚还可按一定比例掺入液化气中燃烧,可使液化气燃烧更加完全,降低析碳量,并降低尾气中的一氧化碳和碳氢化合物含量。作为民用燃料,二甲醚已经开始在山东、四川、陕西、云南、重庆等地区逐步推广使用。
    我国二甲醚燃料发动机研究差不多与发达国家处于同一起跑线上。上海交通大学燃烧与环境技术研究中心,自1997年以来对二甲醚燃料喷射过程、燃烧过程、发动机性能、可靠性和材料相容性进行了深入系统的研究自主研制了适合于二甲醚燃料特性的发动机燃料供给、喷射系统和燃烧系统,成功开发了D6114ZLQB二甲醚燃料发动机。
    在国家科技部'清洁汽车行动计划'支持下,上海交大燃烧与环境技术研究中心联合上海汽车工业总公司、上海申沃客车有限公司、上海柴油机股份有限公司、上海华谊集团公司、上海焦化有限公司承担了二甲醚汽车国家科技攻关项目,成功研制了我国第一台具有自主知识产权的二甲醚城市客车,并通过了发动机台架试验、整车道路试验。
    二甲醚燃料汽车是上海目前发展新能源汽车中的重要一员。上海市经济委员会刚刚出炉并对外公布的2006~2008年上海新能源汽车发展项目指南中明确提出,今年底上海将完成二甲醚燃料汽车产品样车开发,2007年完成30辆示范车辆生产,实施二甲醚燃料汽车车队示范,到2010年上海世博会前,二甲醚汽车在上海将形成1000辆以上的使用规模。
    国内二甲醚产能主要分布在华东和西南地区,分别在国内总能力的53%和36%。目前我国二甲醚生产能力约35万吨/年,其中山东久泰化工科技股份有限公司和泸天化集团有限公司是国内最大的二甲醚生产企业,其产能占国内总能力的74%。
    目前正在建设中的二甲醚能力约70万~90万吨/年,此外还有许多地方和企业正在进行前期工作,预计到2010年国内将形成二甲醚能力150万~200万吨/年。
作者:中国塑料机械网 来源:中国塑料机械网信息中心
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