石油替代的对策和替代技术.pdf

第 4 0卷 第 1期 2 0 1 1年 1月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 0 ．N 0 ． 1 J a n u a r y， 2 0 1 1 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 1 1 3 0 0 1 摘 要 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。 关键词 石油替代 ；煤制油；燃料乙醇；生物柴油 中图分类号 T E 0 9 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 1 0 1 0 0 0 1 04 Po l i c y o f Pe t r o l e um Su bs t i t u t i o n a nd S ubs t i t u t i o n Pr o pos a l LI Y u a n s h e n g F u s h u n R e s e a r c h I n s t i t u t e o f P e t r o l e u m a n d P e t r o c h e mi c a l s ， S i n o p e c ，L i a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t P r o d u c t i o n a n d c o n s u mp t i o n o f p e t r o l e u m i n C h i n a we r e a n a l y z e d a s we l l a s t h e n e c e s s i t y o f d e v e l o p i n g p e t r o l e u m s u b s t i tut i o n e n e r g y ． I t wa s p r o p o s e d t h a t mo r e p e t r o l e u m s u b s t i tut i o n t e c h n o l o g i e s s h o u l d b e d e v e l o p e d t h r o u g h g o v e r n me n t f u n d i n g i n Ch i n a ，b u t c o mme r c i a l i z a t i o n o f t h e p e t r o l e u m s u b s t i tut i o n t e c h n o l o g i e s s h o u l d ma i n l y d e p e n d o n ma r k e t ， t h e g o v e r n me n t o n l y n e e d s t o c a r r y o u t p o l i c y g u i d a n c e a n d fi n a n c i a l s u bs i d y ． Ke y wo r d s Pe t r o l e u m s u b s t i tut i o n ； Co a l t o o i l ； F u e l e t h a n o l ； Bi o d i e s e l 随着 2 0 0 4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 2 0 0 8 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 E I O 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。 器 譬 譬 昌 吕 g 罟 2 2 2 2 昌 昌 y e a r 图 1近 2 0年来 国际油价 英 国 B r e n t 原油 走势 F i g ． 1 C r u d e Oil P r i c e B r c n t d a t e d ，1 9 8 9 - 2 0 0 9 1液体燃料仍将以石油产品为主 近 3 O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 基金项 目 本研究工作得到中国石化科技开发部资金支持。 收稿 日期 2 0 1 1 0 1 - 0 1 作者简介 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，1 9 8 2年本科毕业于华东石油学院 炼制系，1 9 9 1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 - m a i l y s l i f s h o t m a i l ． c o m 。 2 当 代 化 工 2 0 1 1年 1月 量 ， 在可预见的数 1 0年内世界石油供应不会出现大 的波动。中国的石油储采 比 2 0年来虽然在下降， 但 现在也基本趋稳 ，见图 3 。 图 2 近 3 0年来全球石 油生产和储采 比走势 F i g ． 2 Oi l P r o d u c tio n a n d R／ P ， t o t a l W o r l d， 1 9 8 0 - 2 0 0 9 数据来源 B P能源统计 2 0 1 0 。储采 比根据 B P提供的产 量数据和储量数据计算得到，图4同。 图3近 3 0年来中国的石油产量和储采比走势 Fi g ． 3 Oi l Pr o d u c ti o n a n d R／ P ， Ch i n a ， 1 9 8 0 - 2 0 0 9 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 l 0年来冲 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 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2 0 0 6年起石油消费总量 的 5 0 ％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 4 0亿 t ， 这 已超过了 2 0 0 9 年全世界的石油消费总量 3 8 ． 8 2亿 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 ． 3t ，则全 国需要 1 8 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 。 。 F i g ． 4 Oi l Co n s u mp t i o n a n d I mp o r t o f Ch i na ， 1 9 9 7 - 2 0 0 9 f 数据来源消费数据取 自B P能源统计 2 0 1 0 ； 进 口数据 2 0 0 8 年和 2 0 0 9分别取 自B P能源统计 2 0 0 9和2 0 1 0 包括进口原 油和进 口成品油 ， 其他年份取 自国家统计局历年统计公报 图 5 2 0 0 8年人均石油消费量 Fi g． 5 Oi l Co ns umpt i on， t ons ／ pe r s on ，2 00 8 数据来源 人均石油消费量 由石 油消费总量除 以当年人 口 数据得到，石油消费数据来 自B P能源统计 2 0 1 0 ，人口数据 来 自联 合 国经 济和 社会 事 务部 人 口分 部 世界 人 口展 望 2 0 0 8 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 第 4 O 卷 第 l期 黎 元生石油替代 的对 策和替代 技术 3 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 陛主要 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 C O 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 卅万 t Ta bl e 1 Chi n e s e i mpor t s t at i s t i c s of s o ybe an a nd e di bl e ve ge t ab l e oi l i n r e ce n t ye ar s 1 0 kt 2 0 0 9年大豆和食用油进口数据来自中国期货交易网。 2 0 1 0年大豆和食用油进口数据来 自中国粮油信息 网，食用植物油包括豆油 1 1 9 ． 7万 t ，菜籽油 8 4 ． 6万 t 和棕 榈油 5 0 3 ． 9 万 t 。 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。 裹 誊 美 菪 荟 墓 蓉 誊 堇 毫 堇 , e a r 图 6 近 2 0年来燃料 乙醇产量 走势 Fi g． 6 Out put c hang e of f ue l e t han ol ， 1 9 97 20 09 国内 2 0 0 2年开始车用乙醇汽油使用试点工作 ， 到 2 0 0 5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 I E A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 B a t e l l e 、MI T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 2 0 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 1 0 0 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 0 0 0 k g 生物质一般可生产 2 0 0～2 5 0 m 可燃气 、 2 5 0～6 0 0 k g 炭粉和 2 0 0～3 0 0 k g 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 。 下转第6 2 页 6 2 当 代 化 工 水下爆炸成型后叠合焊而成 ，每片板页为之字型曲 线的波浪板 ，相邻两张板的波浪走向总是正交形成 成千上万个接触点 。由于两张板之间的间隙很小 ， 如果进料携带杂质 ，很容易造成板换堵塞 。 重整装置设备发生堵塞一般是由于铵盐结盐 ， 但铵盐一般发生在板换低温位的热流出 口处及下游 空冷等设备，但从现场反馈的信息是板换冷流侧发 生堵塞，热流侧至空冷压降正常，压缩机和空冷没 有发现结盐现象。况且重整原料 中水含量超标 ，更 不利于铵盐沉积 ，因此，N H C 1结盐不是堵塞板换 的主要因素。 由于重整原料 中携带胺液 ，水含量又超标 ，水 将催化剂上的氯冲洗下来形成 H C I ，被循环氢带到 板换底部与喷射棒喷出的精制油 中的胺液反应易形 成热稳态盐 ，积聚在板束中，堵塞板换 。同时进料 溴价较高 ，容易聚合形成胶质 ，附着在板束表面 ， 在高温部位结焦堵塞板换。从现场清洗结果看 ，原 料带胺液和溴价高是引起板换堵塞的主要原 因。 5 解决措施及其建议 催化重整过程对环境要求是十分严格的， 而且都 是微量的，原料中的杂质含量 、系统的水分和氯的气 氛都对过程有着密切的关系，控制好环境 ，催化重整 反应才能正常进行，因此 ，严格控制重整进料中杂质 含量是保证重整装置正常操作的重要环节。 1 优化预处理部分流程。装置的原料预处 理部分没有布置在连续重整装置内，生产操作也不 是 由重整装置 的操作人员完成，采用的是轻烃整合 的工艺流程 ，很难保证重整进料的杂质含量合乎要 求。建议将预加氢油单独汽提后直接进重整装置， 由重整装置人员进行控制预加氢操作 ，以保证重整 进料杂质含量合格 。 2 塔底采用 U型管式重沸器或重沸炉。装 置 由于占地面积限制，脱丁烷塔 汽提塔 和石脑 油分馏塔塔底加热设备均采用浮头式重沸器，热源 为 3 ． 5 MP a 蒸汽。蒸汽品质对汽提塔汽提效果影响 较大，同时浮头式重沸器易发生内漏。建议将浮头 式重沸器改为 U型管式 ， 并在换热管和管板焊头处 采用先强度焊后贴胀 的连接方式 ，以降低重沸器蒸 汽 内漏的几率 。但从装 置的稳定运行 和长远利益 看 ，建议优先采用重沸炉加热 。 参考文献 [ 1 】陈国平． 重整脱戊烷塔铵盐堵塞的原因与对策【 J J ． 石油炼制与化工， 2 0 0 4，3 5 1 2 4 9 5 2 ． [ 2 ]谢涛．茂名炼油厂脱硫胺液系统 的整治f J 1 ．化学工业与工程技术 ， 2 0 0 9 ，3 0 4 4 5 4 8 ． [ 3 ]徐承恩． 催化重整工艺与工程【 M 】 ．北京 中国石化出版社，2 0 0 6 ． [ 4 l 程旭东． 连续重整反应器结焦问题探讨[ J ] ．中外能源 ， 2 0 0 6 ， 1 1 5 5 6 - 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