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第一节 汽油市场分析
一、中国汽油生产规模及区域分布格局

1990~2004年汽油产量及汽车消耗量 单位:万吨
2004年能源的缺口和瓶颈扩大,使能源价格不断抬升。据中国人民银行发布的企业商品价格信息,煤油电产品价格上升19.8%,其中,原油价格上升30.2%,汽油价格上升24.1%,柴油价格上升26.6%,电力价格因无法随市场需求变化而及时调整,上升相对缓慢,上升4.5%。

原油、汽油产量表 单位:吨
二、汽油进出口情况分析

2004年全国汽油出口统计数据(按贸易国分) 单位:千克/美元
我国的原油进口曾达到7027万吨,创下历史最高记录,此后两年原油进口数量有所下降。在排除我国原油出口的前提下,2005年、2010年和2015年我国原油缺口将分别为9500万吨、1.37亿吨和1.94亿吨。据国际能源机构(IEA)分析,2010年中国石油需求将有一半依赖进口,2020年中国石油需求将有80%依赖进口。2005年,进口成品油将约达2050万吨。
中国汽油出口曾达605.1万吨,占全年产量4335万吨的14%。近年中国汽油出口有所增加,前8个月中国汽油出口量达514.13万吨,较同期增长35.52%。就汽油生产企业来说,出口汽油本身利润较低,但为了支撑国内汽油价格的高位,两大公司仍是通过扩大汽油出口量来支撑国内成品油市场。汽油出口退税率的调低,必将打击两大公司炼厂出口汽油的积极性。但贸易商表示,因中国汽柴油消费结构限制,若降低汽油出口,国内汽油消费很难短期内大幅提升,两大公司必然需通过缩减国内原油加工量才可实现汽油产量不超过国内需求,但这又会导致柴油产量不足的问题产生。两大公司目前也正研究权宜之计。
三、汽油行业发展现状
汽油产量约占原油加工量的21%,是炼油工业的主要产品之一。车用汽油的产量和质量水平可以反映出一个国家的炼油工业和汽车工业的技术水平。近几年来,我国车用汽油的产量和质量都有较大提高。
(一)汽油的产量和消耗量
目前,在中国汽油总量消费量中,汽车用汽油约占89~90%,摩托车用汽油约占8~9%,其余为农业和其他工业机具消费。
(二)我国汽油的质量状况
1、高标号车用汽油比例不断增加,低标号车用汽油比例迅速降低
我国车用汽油在近期以来,无论从数量上或质量上都有很大的发展,特别是辛烷值有了较大的提高。目前,我国市售车用汽油有70号,90号,93号,95号和97号。从2000年到2004年,70号汽油占车用汽油的总量,从62.6%下降为28.24%;90号汽油占车用汽油的总量,从35.1%上升为62.0%;优质汽油也是一样,虽然增长速度不是太快,但总趋势也是上升的。
2、车用汽油无铅化速度加快近几年,我国车用无铅汽油生产发展较快,车用汽油中无铅汽油比例逐年增加。2000年无铅汽油占汽油总量比例为51.82%,2004年增加为56.30%,平均年增长率为8.5%,高于车用汽油增长率,而且90号和93号无铅汽油增长速度更快些。2000年车用无铅汽油占汽油总量的比为65%,2004年已占80%。汽油中平均铅含量逐年下降。
3、汽油调和组分产生了结构性变化
车用汽油调和组分的合理优化是车用汽油质量升级换代的关键。2004年,直馏汽油组分占车用汽油总量的比例较2000年下降了9.4个百分点。生产高辛烷值汽油组分的催化裂化,催化重整,加氢裂化,烷基化,MTBE等装置生产能力都有较大幅度提高。
四、汽油新产品、新技术进展
1、新型催化汽油辅助提升管改质技术投入商业化应用
目前如何满足汽油中烯烃含量标准成为炼油企业迫切需要解决的难题。对催化裂化汽油PONA组成和反应机理进行深入分析,通过实验室研究,开发出催化汽油辅助反应器改质降烯烃技术,使催化汽油中的烯烃发生氢转移、芳构化、异构化或裂化,烯烃含量显著降低,而辛烷值基本不变。利用该技术可直接生产出合格的高品质汽油,实现了汽油产品的升级换代,满足当前汽油新标准,经济和社会效益显著。
2、代替汽油的环保、经济型产品的发展
继2003年11月18日吉林省、2004年10月1日黑龙江省推广使用乙醇汽油以来,辽宁省也将于11月1日在全省使用乙醇汽油。至此,车用乙醇汽油推广应用工作在东北三省全面展开。这只是国家《变性燃料乙醇及车用乙醇汽油“十五”发展专项规划》的一部分。根据此规划,至2005年底,我国的河南、安徽、黑龙江、吉林、辽宁五省全境和江苏、河北、山东、湖北四省的部分地区基本实现车用乙醇汽油替代无铅汽油。规划中所需燃料乙醇102万吨,按1∶9(体积比)的比例加入汽油中,乙醇汽油的产量将达1020万吨。我国目前每年的汽油产量在4500万吨左右,也就是说至2005年底,乙醇汽油将占全国汽油总量的1/4。
据知情人士透露,在国家有关部门正在酝酿的车用乙醇汽油“十一五”规划中,将继续扩大乙醇汽油的推广范围。
在国外乙醇汽油的生产和使用技术早已十分成熟。巴西和美国是目前世界上主要的燃料乙醇生产和消费国。美国生产燃料乙醇的原料主要是玉米,主要推广使用10%乙醇含量的乙醇汽油。巴西则以甘蔗为原料生产燃料乙醇,主要推广使用20%~25%乙醇含量的乙醇汽油。继巴西和美国分别在20世纪70年代初推广应用乙醇汽油后,欧共体一些国家和印度、泰国、津巴布韦、南非等国于90年代也开始实施乙醇汽油计划。
在我国,由原国家经贸委组织的车用乙醇汽油应用的可行性研究2001年已经完成。结果表明:燃料乙醇作为汽车燃料具有辛烷值高、抗爆性能好、含氧量高、可有效降低汽车尾气排放等优越性。同时,也具有热值低,燃油消耗略有增加,对有的汽车金属部件容易产生腐蚀,对一些汽车橡胶件容易产生溶胀,车用乙醇汽油在储运和销售过程中易吸水产生相分离等缺点。针对这些负面影响,经过技术研究,已找到了相应的解决办法。张永光认为,目前在国内推广应用乙醇汽油技术上没有任何问题。只要有严格有效的管理体系,乙醇汽油就可以顺利推广。
石科院进行了车用乙醇汽油材料相容性研究。结果显示:车用乙醇汽油对夏利车的化油器密封圈、密封垫的溶胀性明显增强;对富康、捷达、桑塔纳汽车的进油管和电喷油嘴垫圈有较明显的不利影响。就此问题,吉林大学内燃机系教授刘巽俊认为,乙醇汽油的推广工作进行得有些快,而相关工作还做得不够细。
乙醇汽油的溶胀作用体现在油路系统的密封件上,即会产生漏油的现象。虽然溶胀作用不会立竿见影,但添加10%燃料乙醇的乙醇汽油对橡胶件的溶胀作用到底有多大,多长时间才能显现,应该有一个明确的试验数据。毕竟对于车主来说,漏油不是一件小事。其实,油路系统每个橡胶件的成本都只有几元钱,将全部的橡胶件都换掉不过几十元的成本。刘教授认为对于汽车企业来说并不是一件多么难的事。只是事情再小、再简单也要有人来做,而目前汽车企业似乎还都没有来关注此问题。
国内几家生产汽油发动机企业的大多数人对乙醇汽油的推进情况知之甚少。对于是否已有开展乙醇汽油的适应性试验和相关研发工作的计划,他们都回答没有。
在乙醇汽油推广的初期,曾有消费者对使用乙醇汽油汽车的动力性、经济性提出质疑。对于这个问题,石科院的张永光和吉林大学的刘巽俊一致认为加10%燃料乙醇的乙醇汽油对汽车动力性、经济性没有影响。消费者的担心很大程度上是心理因素,毕竟人们对于新鲜事物接受起来需要一个过程。
在车辆首次使用乙醇汽油时,特别是在使用1-2箱后,车用乙醇汽油的清洗作用会将油箱、油路中积沉的各类杂质软化溶解,混入油中,从而导致油路不畅。因此在首次使用车用乙醇汽油时,最好对车辆的油箱及油路进行清洗。另外,普通汽油的空燃比约是15∶1,加入10%燃料乙醇的乙醇汽油空燃比约为14∶1,因此使用车用乙醇汽油时,应对空燃比进行加浓调整。带分电器的车辆应将点火时间在正时的基础上,对点火提前角略做提前调整。电喷式车辆则无须做任何调整,即可正常使用。乙醇汽油与普通汽油交替使用或混用,不会给车造成任何影响。有资料显示,我国从1993年以来从原油出口国转变为原油净进口国,2003年原油进口量已达9112万吨。
燃料乙醇作为一种可再生资源,在世界石油资源紧缺、原油价格不断攀升、环境压力日益加重的条件下,已形成了新一轮的快速发展态势。燃料乙醇的开发应用和车用乙醇汽油的推广使用,有利于缓解石油资源短缺,保障国家能源安全;有利于改善大气环境,提高居民生活质量;有利于促进农业发展,稳定增加农民收入。因此,是一件利国利民的好事。
五、清洁燃料推广面临的问题
在过去的10年中,我国石油需求量几乎翻了一倍,成为继美国之后第二大石油消费国,新一轮石油价格的大幅上涨再次给持续增长的我国经济敲响了警钟。
我国是一个缺油、少气、相对富煤的国家。针对石油日趋紧缺的现状,实施多元化的能源战略是十分必要的。
清洁燃料要普及推广,就必须明了并解决以下问题:
(一)气体燃料
1、天然气、液化气。天然气和液化气是目前使用较多的两种气体燃料,在北京、上海、广州等城市已经开始使用;但由于技术原因,机动车使用天然气,减少了新鲜空气进入气缸的量,导致了发动机功率下降;此外,天然气含有微量的H2S,会对发动机造成腐蚀,使发动机寿命减短。液化气在使用过程中,还存在蒸发器或过滤器堵塞、低温启动性差等问题。更重要的是:天然气、液化气续驶里程短,不能充分利用现有的燃料储运、分配、销售系统,需要建立各自独立的储运、销售网络。尤其是天然气,需要建立长距离的输送管道,很大程度上限制了气体燃料的推广运用。
2、氢气具有高热值、无污染的优点,但是其制备、储存、运输和使用都存在许多技术难题一时无法解决,加上成本太高,近十年内不可能普及。
(二)合成氢燃料
1、煤制油。煤制油技术发展已经半个多世纪,通过加氢液化制造燃料,如二甲醚等。目前技术比较成熟。但是,成本高,目前难以推广。
2、天然气合成油。同样面临成本高的问题。
(三)醇类燃料
1、甲醇汽油。使用甲醇汽油可以有效提高发动机的热效率,减少汽车一氧化碳CO及碳氢化合物HC的排放。但是由于甲醇对发动机及其他部件的橡胶材料有较大影响,因此,除要求提高发动机压缩比外,还应对发动机进行改造或更换材质,以解决甲醇汽油的腐蚀问题;另外,甲醇为神经毒物,具有显著的麻醉作用。
2、乙醇汽油。乙醇可以从植物中获得。我国从2001年起在河南、吉林两省进行了乙醇汽油的推广试点,结果却不甚理想。除了热值较低原因外,更主要的是由于生产1吨乙醇要用2.5吨陈化粮加0.5吨煤,成本远高于3100元/吨;加上乙醇与汽油不能直接混合,按照传统工艺生产,成本较高,且操作复杂,产品稳定性也不理想。
(四)生物燃料
就是利用各种油料植物提炼的燃料油脂。目前,有报道说国外已经成功培育了一种生长在干旱地区的油料植物,其提炼油可以替代柴油。从长远看是可行的,但是不可能在短期内奏效。
(五)乳化燃
乳化燃料主要是将汽油、柴油、重油等燃料与水或醇类等按一定比例混合,通过特殊工艺并添加乳化剂制造的乳化油。具有显著的减污和节能效果。因此我国也大力提倡并推广。但是,传统技术生产的乳化燃料统统离不开添加剂,因此推广存在三大难题:一是成本高。二是储运难。三是比例固定,难以适应内燃机的各种工况。
通观清洁燃料的现状,可以看出,清洁燃料如果不能解决上述问题,是难以普及并替代传统油料的。
六、中国汽油消费平衡
由于大量石油进口,导致我国现阶段汽油市场供应相对过剩。但是,随着汽车工业(特别是轿车工业)在我国的蓬勃发展,预计2010年前后,我国汽油市场的供需平衡将被打破,以后缺口将日益扩大。另外,汽油汽车柴油化、农用机具及LPG消费群体的迅速增多,使本来就供需关系紧张的柴油及LPG,在未来市场供需矛盾将比汽油更加突出。
中国汽油消费主要以汽车和摩托车为主,占其总消费量的95%以上。其中,汽车占车用汽油消费量的82%左右,摩托车占14%左右。据专家分析,近年内中国将有500万辆轿车需求潜能释放,近三年内汽车产销量年均增速可能保持30%以上。2003年,国内消费汽油4016万吨,其中汽车消费汽油3306万吨,摩托车消费560万吨,其他消费150万吨。
七、环保汽油及其替代产品
近些年来,我国汽车的数量以每年15%的速度增长,北京、上海、广州已达到20%。在一些大城市空气污染类型已由煤烟型污染转向煤烟和汽车尾气混合型污染。据预测,到2010年,全国汽车保有量将达到5000万辆,汽车尾气污染在城市空气污染结构中所占的比重将会更大。对于作为汽车动力来源的汽油的各项规定也就趋于严格和细致了,在不断的对汽油的有害性加以规范和改进的同时,发展新的能源产品并逐步代替汽油的产品也是发展环保的一项重要举措。
1、汽油产品中有害物质的控制限定
在2002年国家环境保护总局颁布了《车用汽油有害物质控制标准》,该标准对苯、芳烃含量进行严格控制,同时规定要求烯烃含量低于35%。对金属物质铂、铁、铜、铅等也均作出限制。新标准汽油的具体质量标准和要求:1.硫含量指标从不大于0.15%降为不大于0.10%。但为了适应大城市环保的需要,7月1日起在北京、上海、广州执行不大于0.08%的标准;从2003年1月1日起,在全国范围内执行不大于0.08%的标准。2.含铅量指标由不大于0.013克/升降为不大于0.005克/升。3.新增苯含量测定项目,并标明苯含量指标不大于2.5%。4.新增芳烃含量测定项目,指标定为不大于40%。5.新增烯烃含量测定项目,指标定为不大于35%。从2002年7月1日起在北京、上海、广州实施,从2003年1月1日起在全国范围内实施。6.氧含量测定项目,其指标定为不大于2.7%。7.规定铁不得人为加入。
目前,全世界排放要求趋于严格。我国汽车排放的环保要求也在不断提高标准。这个标准的出台需要的就是汽车生产产业的支持,还需要的一个经济基础:汽车工业大发展,有条件对国内车型提出更高要求,这体现了我国汽车业实质性进步。
国家环保总局有关官员表示,由于环保本身难以给企业带来直接的效益,要促使生产和使用节能环保型汽车,环境经济政策的运用不可少。环保工作既需要严格执法措施,也需要鼓励政策。
2、甲醇代替汽油作为燃料
长期以来,甲醇一直是最基础的化工原料,因此,合成工艺历史悠久,生产技术十分成熟。近年来,世界各国基于对石油资源日趋枯竭可能引发能源安全问题的考虑,逐渐将甲醇作为替代燃料提上议事日程。而燃料生产的大宗化、低成本特性导致规模小、高能耗的老旧合成工艺逐渐淘汰,(超)大型化、低能耗的合成则不断涌现。总的来看,国内外燃料甲醇均呈现方兴未艾的发展态势,但发达国家大跨国公司的(超)大型化先进合成工艺已经达到相当高的技术水准,装置的能力一般达到每日数千吨甚至逾万吨。而国内拥有自主知识产权的先进合成技术则刚刚艰难起步,尚不成体系。所以认为,国内技术若期望从未来市场分享“一杯羹”,还需进行多方位不懈的努力。
燃料甲醇与汽油相比,优点是:1)甲醇的辛烷值高,理论上可以提高汽油机的压缩比;2)甲醇含有50%的氧,使甲醇的燃烧热值降低,但同时也使用甲醇完全燃烧时所需要的空气量减少,甲醇和空气的理论混合气热值与汽油相当;3)甲醇的引火温度比汽油高,燃烧过程比汽油更安全;4)甲醇燃料富含氧,燃烧过程比汽油彻底,尾气中HC、CO及NOx含量可显著降低。
缺点是:1)甲醇的汽化潜热大,冷起动较汽油困难;2)甲醇的饱和蒸汽压和沸点都较低,易形成气阻;3)甲醇是极性有机溶剂,易使橡胶和塑料零部件发生溶涨,提前老化,也对某些有色金属具有腐蚀作用;4)甲醇对人体有较强的毒害作用。克服甲醇燃料的上述缺点,需对汽车发动机的点火装置和其他零部件作适当改进,同时对燃料供给系统严格密封处理。
燃料甲醇在国外主要用于赛车行业。我国山西省境内已经拥有一定数量的M15、M85、M100(甲醇含量分别为15%、85%及100%)甲醇车在进行商业化示范运营,其出色的动力特性、明显的经济特性和友好的环境特性均已得到全方位实践检验。
3、甲醇作为燃料的优势:
1)石油短缺在我国已经成为不可回避的现实。与石油资源的“捉襟见肘”局面相比,我国煤炭资源相对丰富。因此,利用先进、成熟的气化和合成技术,大力发展煤基甲醇是针对我国富煤、缺油、少气的资源特点,保障能源供应安全,促进经济可持续发展的最现实和有效手段。
2)从本质上分析,已商业化的各种甲醇合成技术大同小异,主要区别在于采用了不同结构形式的反应器和性能不尽相同的催化剂。趋势是合成塔向大型化超大型化方向发展;催化剂则向更高活性、更高选择性、更长使用寿命方向发展。
3)我国甲醇装置的整体技术装备水平低,生产工艺落后。发达国家以天然气合成甲醇的单位能耗一般低于30GJ/T,而我国生产能力较大的甲醇装置能耗多在40-50GJ/,小装置由于采用国外已淘汰的高压法,单位能耗大多在60GJ/T左右。显然,满足燃料甲醇大宗化、低成本生产的需要,采用先进工艺、建设(超)大型化装置是唯一出路。
第二节 煤油行业现状
一、中国煤油产业规模及区域分布
随着我国航空工业的快速发展,煤油需求量大量增加。2004年我国煤油表现消费量为1324.2万吨,比上年同期增长了31.68%,是油品中消费量增长最快的。煤油价格的大幅度上涨对航空工业将产生影响,但适度提高航空票价估计不会对航空运量产生很大影响,煤油消费将继续大幅度增长。2005年上半年我国煤油消费量同比上升了15.2%,增速仍然高居几种油品的榜首,预计2005年全年煤油消费量超过1200万吨,2006年煤油需求将可能超过1300万吨。
二、中国煤油消费应用领域
中国煤油主要消费在民用航运领域,约占全部消费量的2/3左右,军煤、灯煤和其他领域消费量占1/3.近年来,中国民航业快速发展,民用航煤消费增势强劲。其中,航煤消费量达510万吨,较上年增长8.5%;民航客运周转量比上年上升16.2%,货运上升17.9%,航煤消费量较上年增幅达5.9%左右,均高于国际同期增长水平。
一、中国柴油生产规模及区域分布格局

我国柴油生产情况 单位:万吨
在2004年柴油产量为10162.1万吨,比上年增长19.5%,汽油产量为5249.8万吨,比上年增长10.2%。柴油增幅高于汽油增幅9.3个百分点,主要是受需求的拉动,如农用机动车用油量增长,电力紧张、部分企业用柴油自发电等。


中国柴油产量及汽车消耗量
二、中国柴油进出口情况



2004年全国轻柴油出口统计数据(按贸易国统计)
中国柴油出口达125.7万吨,占全年柴油产量的1.63%。2004年柴油出口增幅较大,2005年1-8月中国出口柴油162万吨,较同期大幅增长252%。与汽油出口利润比较,柴油出口利润更小。国内柴油出口一般来自中石化;西太炼厂因有出口任务,每年柴油出口量也较大;中石油一般无柴油出口。
三、柴油行业发展与预测
柴油作为一种重要的石油连炼制产品,在各国燃料结构中占有较高的份额,以成为重要的动力燃料。随着世界范围内车辆柴油化趋势的加快,未来柴油的需求量会愈来愈大,而石油资源的日益枯竭和人们环保意识的提高,大大促进了世界各国加快柴油替代燃料的开发步伐,尤其是进入了20世纪90年代,生物柴油以其优越的环保性能受到了各国的重视。
1、世界各国柴油行业的发展状况
在欧洲,1999年新购柴油轿车比例约为30%,法国甚至达到48%。2000年,欧洲市场上柴油轿车的销售量达到440万辆,比1995年翻了一倍。现在经济型轿车主要生产厂商如大众、雷诺、欧宝和福特的顾客中,几乎有一半需要柴油车。目前,在欧洲轿车市场上,新型柴油轿车购买率达30%,专家预言:到2006年,欧洲每2辆新车中就有1辆是柴油车。在美国市场上,商用车(即我国所称的卡车、客车)的90%为柴油车;在日本,将近10%的轿车是柴油轿车,38%的商用车为柴油车。美国、日本及欧洲的重型汽车全部使用柴油机为动力。许多国家在税收、燃料供应等方面予以政策上的倾斜,敦促柴油发动机的普及和发展。我国柴油汽车生产比例已由1990年的15%上升到1998年的26%。1997年我国生产的重型载货汽车和大型客车全部采用柴油发动机;65.9%中型载货汽车采用柴油发动机,53.5%中型客车采用柴油发动机;55.4%和29.4%的轻型载货汽车、轻型客车也开始采用柴油发动机。我国1994年颁布的《汽车工业产业政策》明确提出,总重量超过5t的载客汽车载货汽车在2000年后主要采用柴油为燃料。在未来的几年,是中国汽车工业腾飞的时代。因此,我国柴油车产量的增长趋势还将继续下去,汽车柴油化是中国汽车工业的一个发展方向。
汽车车型柴油化趋势的加快主要是由于现代柴油机采用了电控发动机控制系统、高压燃油直喷式燃烧系统以及废气排放控制装置,已完全克服了传统柴油机的缺点,能够满足现行的国际排放标准,而这些装置和技术要求柴油含硫量低,有良好的安定性及润滑性,较高的十六烷值和清净性等。随着现代柴油机使用生物柴油燃料技术的成熟,目前在世界范围内出现的这种汽车车型柴油化趋势会进一步加快。据专家预测,在2010年以前,是柴油需求年均增长3.3%,到2010年,世界柴油的需求量将从目前的38%增加到45%。而世界范围内柴油的供应量严重不足,给生物柴油留下广阔的发展空间。
2、我国发展生物柴油的原料分析及发展建议
柴油的供需平衡问题也将是我国未来较长时间石油市场发展的焦点问题。业内人士指出:在2005年,随着我国原由加工量的上升,汽油和煤油拥有一定数量的出口余地,而柴油的供应缺口仍然较大。我国柴油产量在2005年预计可达到80.5Mt,仍缺口600~2400kt。预计到2010年柴油的需求量将突破100Mt,与2005年相比,将增长24%;至2015年市场需求量将会达到130Mt左右。近几年来,尽管炼化企业通过持续的技术改造,生产柴汽比不断提高,但仍不能满足消费柴汽比的要求。目前,生产柴汽比约为1.8,而市场的消费柴汽比均在2.0以上,云南、广西、贵州等省区的消费柴汽比甚至在2.5以上。随着西部开发进程的加快,随着国民经济重大基础项目的相继启动,柴汽比的矛盾比以往更为突出。因此,开发生物柴油不仅与目前石化行业调整油品结构提高柴汽比的方向相契合,而且意义深远。
国内也已研制成功利用菜籽油、大豆油、米糠油脚料、工业猪油、牛油及野生植物小桐籽油等作原料,经预酯化、再酯化射干难产生物柴油的工艺。高品质的原料是生产高品质生物柴油和取得高收率的基本保证。由于双低菜籽油生产的生物柴油含硫量低,从而使该菜籽油生物柴油具有好的排放标准,因此目前在欧洲普遍栽种双低菜籽。就目前而言,每公顷土地可生产约30t菜籽(含油量约40%)。我国有很多地区油菜籽种植面积很大,在加工传统的食用油的同时不失时机地开发生产生物柴油燃料是油菜籽利用的一个重要方向。另外,研究发现棉籽油与双低菜籽油的脂肪酸组成相似,因此在我国采用棉籽油作为生物柴油的原料还是可行的。当然,此时的棉籽油生物柴油标准需要按照中国的实际作相应的调整。
1t油菜籽可制取约160kg生物柴油,同时可副产16kg甘油。而纯度高达99.7%的特级甘油价格为2000美元/t。因此,制取生物柴油与精致甘油工艺联产,将能取得较为理想的经济效益。若能建年产100kt具有一定工业化生产规模的生物柴油装置,其经济效益更为可观。近几年来,生物柴油燃料已被越来越多的重视,在美国和欧洲已开始建立商品化生产,市场很有吸引力,原料也不会存在问题,因此,有很多大公司纷纷开拓这一业务,期望在开始时就能占领市场。南斯拉夫在五、六年前已研制成功这项技术且已生产,后因经济困难而停产,测试数据表明,南斯拉夫的技术水平同德国、意大利等国的相同,可探讨与南斯拉夫合作帮助我国发展这一技术。
四、中国柴油标准将与欧Ⅱ相当
汽车排放是一个国际性的问题,更是我国汽车工业发展的首要问题。当2008年奥运会锁定中国北京,中国汽车业也同时听到了“绿色奥运”进入倒计时的钟声。从2003年7月1日起,我国实行欧Ⅱ排放标准,而北京在2002年8月1日就提前执行欧Ⅱ排放标准,计划2005年执行相当于欧Ⅲ水平的排放标准,到2008年奥运年将执行接近于欧Ⅳ水平的新排放标准。北京这一强制性与世界环保相接轨的举措,不仅将改变本地的天空和空气质量,而且还将改变人们传统的衡量好车的标准,环保将成为车市的一块金字招牌。同时,面对欧Ⅲ标准的考验,中国汽车业竞争格局的变化将在所难免。
1、关于欧Ⅰ、欧Ⅱ排放标准
国外执行的汽车排放标准主要有欧、美、日三大体系,其中以欧洲标准应用最广。欧洲从1996年开始执行欧Ⅱ标准,2000年开始执行欧Ⅲ标准,而到2005年将执行欧Ⅳ标准。在亚洲,泰国、印度、韩国等国家已于几年前先后实施了相当于欧Ⅱ水平的排放标准,而我国现阶段执行的是相当于欧I和欧Ⅱ水平的排放标准。那么什么是欧I、欧Ⅱ标准呢?以设计乘员数不超过6人(包括司机),且最大总质量不超过2.5t这类车辆为例,在1999年1月至2003年12月31日这个阶段,必须达到排放标准的限值为:CO不得超过3.16g/km,HC不得超过1.13g/kin,其中柴油车的颗粒物不得超过0.18g/km,耐久性要求为5万km,以上便是我们平常所提到的欧洲I号排放标准。到2004年1月1日后,这个标准又有所提高,汽油车CO不超过2.2g/km,HC不得超过0.5g/km;柴油车CO不超过1.0g/km,HC不得超过0.7g/km,颗粒物不得超过0.08g/km,这便是我们所说的欧洲n号排放标准。如果仅考虑排放量,执行欧Ⅱ标准的机动车污染物排放量将比欧I标准减少30%-50%。
2、柴油机车在中国的情况
从解放初到80年代,中国柴油机许多关键技术被屏蔽,加上投入不足,严重影响柴油机生产工艺水平、规模发展和自主开发能力的提高。除了军车、大型农用车辆和长途载货卡车外,其他交通工具很难使用柴油机作为动力。
改革开放以来,通过技术引进和技术改造,我国车用柴油机技术得到了长足进步,柴油车走上了健康发展的道路。2003年与1990年相比,我国柴油车产量增长达8倍,中、轻吨位以上载货车柴油机比例已高达73%以上。与此同时,我国柴油机排放水平有了提高,柴油机生产骨干企业的多种产品排放基本上达到了欧1排放标准,一汽大众部分产品(捷达SDI、宝来TDI)更是达到欧2、欧3标准。
但从总体上看,汽油车在我国汽车产品中仍处主导地位,从产业发展角度看,推广柴油车还存在许多亟待解决的问题。
有关专家指出,目前我国柴油车发展有6大技术难题:
1)整体技术水平落后于国际先进水平10-20年,也落后于国内车用汽油机的发展。燃油喷射系统等关键零部件的落后状况严重制约我国柴油机行业的发展。
2)车用柴油机面临“缺轿少重”状况。严重缺少8吨以上集装箱式重型载货车以及各类专用车,轻型车用柴油机品种少,轿车柴油机几乎为空白。
3)车用柴油机的排放标准严重滞后,控制排放的技术手段也十分有限。虽然一些骨干企业生产的柴油机排放已能达到目前的排放要求,但要进一步满足更高排放标准仍十分困难。
4)车用柴油新标准的制订工作及车用柴油质量严重滞后于汽车工业发展的需要和环保的要求,车用柴油含硫量高将成为制约柴油车发展的主要障碍。
5)农用车用柴油机的技术含量低、油耗高、排放污染严重,已影响到城市周边甚至城区的大气质量。
6)我国现有车辆的维修及保养水平落后,加剧了在用柴油车的排放。
反观国际方面有关资料显示,目前,欧美国家100%的重型车、90%的轻型车采用柴油机,欧洲柴油轿车已占轿车年产量的32%,法国、西班牙等国更高达50%以上。在柴油机技术的发展过程中,人们逐步认识到柴油机是当今汽车大批量、低成本生产中解决环保与节能双重压力最有效、最经济的手段之一。3升轿车百公里油耗3升的开发成功则标志着柴油机技术的又一次飞跃。以至欧盟和日本等计划在今后相当长的时期内继续实施低燃油税收的鼓励政策,以促进柴油机的发展。不少欧洲国家征收较高的燃油税,使得每加仑汽油的价格超过了4美元,其中的燃油税相当于油价的75%。如此高的油价,使得欧洲人更倾向于使用节省燃油的汽车。一些欧洲国家在车辆燃油选择问题上已不再保持中立的态度,通过调整税率,使柴油的价格比汽油低8%~28%。一些国家还实施了促进柴油车销售的税收激励政策。欧洲各国政府的这种做法不仅是为了减少温室效应气体的排放,也为了减轻对原油进口的依赖。
在2004年的年底成都地区成品油市场供需矛盾得到缓解,各经营单位价格基本稳定。但柴油市场资源继续偏紧,只是汽油市场资源有所好转。当时中石油公司和社会单位汽油资源尚可,柴油资源偏紧,而中石化公司有部分资源到货,资源紧张的局面才得到缓解。但市场零售价格短期内没有变化。当时成都地区成品油市场上,中石油、中石化90#汽油价格为4557元/吨,0#柴油价格为4077元/吨,中石油对外采取限量销售,而中石化汽柴油继续停批保零,对加盟单位仅有少量出货。社会单位90#汽油报价为4500元/吨左右,0#柴油为4350元/吨左右。当时正值柴油需求旺季,柴油供求矛盾突出。
针对这样的情况国家发改委在2005年3月提高汽油价格。暂时维持价格不变的是柴油和化肥用重油价格。尽管行政上的调价总是落后于市场变化,但柴油和化肥用重油不轻易调价又体现出政策的灵活性。从政策面看,“三农”问题仍是决策者考虑价格变动的主要原因。业内专家分析,购买力低的农民是柴油的一大用户,柴油价格从价格弹性上和农民心理接受度上都是很敏感的。从时机上,价格调整应该考虑到春耕。
此间观察家说,中国去年把握成品油价格调整的时机是:2004年3月31日,汽油涨价;到2004年5月18日,柴油才涨价。2005年可能也类似。
从生产角度出发,中国历来重柴油,轻汽油,在国家政策的指导下,柴汽比的提高一向成为炼油加工企业的生产衡量标准,但柴油市场价格还是一直低于汽油价格。目前与“三农”问题有关的政策还有国家对化肥价格的限制,维持柴油和化肥用重油价格不变都是在政策上向弱势群体农民倾斜。
由于国内成品油市场垄断在中石油和中石化两大集团手中,批评人士认为,两大集团应该将上游原油开采的巨额利润补贴下游的炼油和销售,保持成品油特别是柴油的价格与市场的稳定。
从市场数据上看,国际价格远高于国内价格是市场预期成品油价格上调的最大推动力。特别是柴油,国际价格暴涨40%,目前新加坡市场柴油价格在每桶60美元以上,相当于国内柴油完税价每吨4900元左右,而我国市场的柴油零售价仅为每吨3822元,进口商亏损严重。
海关数据显示,我国轻质柴油进口量大幅下降,为近三年来低点。国际市场也密切关注柴油价格的变化和变动时机。此次柴油价格的不变部分打压新加坡柴油市场价格。
目前在我国还没有关于燃料油的强制性国家质量标准。为了与国际接轨,中国石油化工总公司于1996年参照国际上使用最广泛的燃料油标准:美国材料实验协会(ASTM)标准ASTMD396-92燃料油标准,制定了我国的行业标准SH/T0356-1996.此标准根据燃料油的闪点、馏程、运动粘度、10%蒸余物残留、灰分、硫含量、铜片腐蚀、密度、倾点等,将燃料油分为1号、2号、4号轻、4号、5号轻、5号重、6号、和7号。其中:1号和2号是馏分燃料油,适用于家用或工业小型燃烧器使用。4号轻和4号燃料油是重质馏分燃料油或是馏分燃料油与残渣油混合而成的燃料油。5号轻、5号重、6号和7号是粘度和馏程范围递增的残渣燃料油,为了装卸和正常雾化,在温度低时一般都需要预热。我国使用较多的是5号轻、5号重、6号和7号燃料油。
一、中国重质燃料油生产规模及进出口分析
在2004年中国燃料油市场的6大发展
1、从2004年1月1日起,国家取消了燃料油的进出口配额,实行进口自动许可管理,我国燃料油市场与国际市场基本接轨。
2、山东省燃料油需求飙升,并超过上海成为中国第二大燃料油进口地区。山东进口的燃料油主要为直馏油,供地方炼厂作原料。因此,2004年进口的增加量主要为直馏燃料油进口量的增加。南韩也因此取代新加坡而成为中国燃料油进口的最大来源国。
3、直接运往中国港口的超级油轮数量增加,使港口的物流能力以及买方的资金能力受到考验,致使一些超级油轮5-7月份在港口遇到很大问题。不过,随着中国燃料油进口商的成熟以及港口设施的完善,将有更多的巨型油轮绕过新加坡而继续直接涌向中国。
4、2004年,黄埔现货市场价格倒挂时有发生,迫使燃料油终端用户努力探讨燃料油业务的盈利模式。第1和第4季度,进口商基本实现盈利,而第2和第3季度部分交易商却遭受严重亏损。总体而言,2004年燃料油商的盈利并不理想。年末发生的中航油丑闻使得局势更为复杂,许多燃料油经营商已经认识到自身在国际石油贸易业务中缺乏足够的经验和风险意识,转而更多地注重国内市场的开拓。
5、上海期货交易所于8月25日推出燃料油期货合约,成为中国争取国际油价定价权的最初尝试。从燃料油期货上市4个月的表现来看,总体上与国际走势一致,保持较强的相关性,但短期波动则并不盲目跟随国际油价,表明期货市场已经开始反映国内油市现货供需情况。而上海市场与新加坡市场的相关性更强一些。
6、2004年,中国燃料油市场的大格局已初步形成黄埔现货市场以及上海期货市场。由于黄埔现货仍然依据新加坡普氏估价作为基准价,而上海燃料油期货市场的发展尚需时日,因此,两者之间尚未形成充分的价格联动关系。
由于国产燃料油数量不断减少,而缺少能源的沿海地区经济发展较快,对燃料油需求上升,因此国内燃料油的供应缺口不断加大,我国燃料油供应越来越依赖于进口。目前燃料油已成为除原油以外进口量最大的石油产品。进口燃料油的品种中高硫燃料油大约占80%,中低硫燃料油大约占20%。从进口来源地来看,我国的进口燃料油主要来自周边国家和地区。其中主要来自韩国、新加坡和俄罗斯等国家。近几年韩国取代新加坡成为我国燃料油进口的最大来源国,但近年由于俄罗斯燃料油质优价廉,进口量在不断攀升。

全国5-7#燃料油进出口统计数据(按国家和地区分) 单位:吨
二、中国重质燃料油行业发展现状
(一)中国重质燃料油供求现状
在目前我国燃料油资源的供应总量中,进口资源大约占到50%以上。从1995年到2004年,我国石化行业原油加工量从1.3亿吨增长至2.5亿吨,但国内炼厂燃料油产量逐年下降,已由1990年的3268万吨减少到2004万吨,减少了38.68%,而燃料油进口却增势迅猛,进口量由65万吨一直增加到2004年的2378万吨,增长了近36倍,占据了国内燃料油市场的半壁以上江山。
1、我国燃料油生产情况
我国燃料油主要由中国石油和中国石化两大集团公司生产,少量为地方炼厂生产。2004年全国燃料油产量为2004万吨。从燃料油生产地域来看,明显呈现地区集中的态势,华东和东北地区的产量远远大于其他地区。
国内炼厂为了提高石油加工的经济效益,在加工过程中一直采用深拔、掺渣等工艺减少渣油和燃料油的产量,提高轻油收率。同时由于重油催化裂化、渣油加氢等重油深度加工技术的发展,也为原油深度加工提供了可能,加之近年来加工的进口轻质油品较多,也促进了国内炼厂产品结构的轻质化。上述几点原因造成90年代以来国内燃料油产量的不断下降。
2、我国燃料油进出口情况
由于国产燃料油数量急剧减少,而缺少能源的沿海地区经济发展较快,对燃料油需求不断上升,因此国内燃料油的供应缺口不断加大,我国燃料油供应越来越依赖进口,目前燃料油已成为除原油以外进口量最大的石油产品。进口燃料油的品种中高硫燃料油大约占80%,中低硫燃料油大约占20%。从进口来源地来看,我国的进口燃料油主要来自周边国家和地区。其中80%以上的进口来自韩国、新加坡和俄罗斯。近几年韩国取代新加坡成为我国燃料油进口的最大来源国,但近年由于俄罗斯燃料油质优价廉,进口量在不断攀升。2004年从韩国进口燃料油609万吨,来自俄罗斯的进口比2001年上升了188万吨,达到474万吨。与此同时,与上世纪90年代中期相比,一直作为我国燃料油主要供应来源的新加坡进口数量有所减少,所占比例由1995年的62.1%最低时下降到2000年的12.4%,只是在最近几年略有恢复,2004年从新加坡进口了495万吨。在进口环节的税收方面,进口燃料油的关税为6%,增殖税为17%,综合税率为24.02%。
(二)广东全面推广代油技术
广东省电、油、煤、水全面紧缺,能源供求矛盾突出。广东省副省长谢强华表示,建设资源节约型社会,是缓解全省资源能源供需压力的有效途径。广东是能源消费大省,但常规一次能源资源缺乏,能源自给率仅10%,燃料油绝大部分依赖进口。对燃油电厂实施燃煤和水煤浆代油技术改造,或结合我国天然气资源的开发实施天然气代油技术改造;对仍在使用大油枪的燃煤机组全部完成采用小油枪的技术改造;通过改造提高锅炉在低负荷下的稳燃能力,减少助燃用油;积极开展等高于无油点火技术的研究和推广应用,同时加强管理,降低机组停运次数,以减少火电厂点火用油。预计改造全省油电机组,采用煤代油技术的节油潜力约120万吨/年;在“十五”期间到期退役、关停的小火电合计154.8万千瓦,可节油约50万吨/年;实施“西电东送”,增加天然气等清洁能源比例,可替代柴油组燃油100万吨/年;预计今后几年内国际石油及产品将维持较高价位,企业会自发将部分自用柴油机组停机停产,有望替代燃料油约100万吨/年;社会各行业推广应用节油新技术、新工艺,可节油20万吨/年。
三、生物质直接液化制重质燃料油的现状和进展
能源问题在世界经济中具有战略意义。据预测,地球上可利用的石油将在今后几十年内耗竭,从长远看液体燃料短缺仍将是困扰人类发展的大问题。在此背景下,生物质能作为唯一可转化为液体燃料的可再生资源,正日益受到重视。由生物质转化而来的燃料比较干净,有利于环境保护。同时使用这类燃料也有助于减少温室气体的排放。实际上这也是很多发达国家开发生物质能的主要动力。生物质能是通过光合作用以生物形态储存的太阳能,可作为能源利用的生物质包括林产品下脚料,薪柴,农作物秸秆及城市垃圾中的生物质废弃物等。目前生物质的直接燃烧已不能满足人们对能量的需求,由生物质直接液化制取燃料油将是下世纪有发展潜力的技术,它主要包括生物质的裂解和高压液化两类。此外还可将生物质气化后再由气体产品生产液体燃料,也可将生物质水解后发酵制燃料酒精等。
(一)生物质裂解制重质燃料油
裂解是在无氧或缺氧条件下,利用热能切断生物质大分子中的化学键,使之转变为低分子物质的过程。裂解中生物质中的碳氢化合物都可转化为能源形式。和焚烧相比,热解温度相对较低,处理装置较小,便于造在原料产地附近。生物废弃物的热解是复杂的化学过程,包含分子键断裂,异构化和小分子的聚合等反应。通过控制反应条件(主要是加热速率,反应气氛,最终温度和反应时间),可得不同的产物分布。据试验,中等温度(500-600℃)下的快速裂解有利与生产液体产品,其收率可达80%。裂解中产生的少量中热值气体可用作系统内部的热源,气体中氮氧化合物的浓度很低,无污染问题。
国际上近来很重视这类技术,除了从能源利用考虑外,还因生物油含有较多的醇类化合物,作汽车用油时不必为提高辛烷值而外加添加剂。其油品基本上不含硫,氮和金属成分,可看作绿色燃料,对环境影响小。
1、裂解工艺
国外已发展了多种生物质裂解技术,以达到最大限度地增加液体产品收率的目的。如快速裂解,快速加氢裂解,真空裂解,低温裂解,部分燃烧裂解等。但一般认为,在常压下的快速裂解仍是生产液体燃料最经济的方法。
快速裂解指反应时间仅几秒钟或更少的情况,一般在常压下进行,而快速加氢裂解压力可达20MPa。短的停留时间要求反应器有极高的加热速率,如在专门设计的混合器里,通过载热粒子和生物质原料的接触,可使加热速率达到10,000℃/h。两个常用的设计是气流床反应器和流化床反应器。
气流床裂解反应器由美国佐治亚技术研究院开发。0.30-0.42mm的木屑被燃烧后的烟道气挟带进入一直管,裂解所需热量由载流气(即烟道气)提供。由于载流气温度太高会增加气体产率,故将其进口温度控制为745℃,同时采用较大的载流气用量(其和生物质的重量比约为8:1)。反应器直径15cm,高4.4m,停留时间1-2s。这是一种折中的处理,因要使有一定尺度的粒子裂解完全需让其有足够的停留时间;而对裂解蒸汽来说,过长的停留时间又会发生二次反应,降低液体产品的收率。实验中所得有机冷凝物的收率(不含水)为58%,焦炭产率为12%。总的液体产品中有一半是水,它包括燃烧时进入烟道气的水,裂解中生成的水和原料中固有的水。
流化床裂解可用加拿大Waterloo大学的工艺为代表。反应器为圆柱形,内以细砂粒为流化介质,裂解所需热量通过预热流化气提供。流化气和把生物质原料挟带进入床层的载流气都由裂解中的气相产物承担。固体生物质进料流率1.5-3kg/h,裂解中生成的低密度炭粉被流化气带出床层,在旋风分离器内分离。气体产物经二级冷凝,第一级得沥青类产品,第二级得轻油。没有冷凝的气体一部分流出系统,另一部分循环回反应器作流化气和载流气。国内华东理工大学也曾在流化床内进行了生物质的裂解研究,发现用该反应器在很短时间内即可达到高的生物质转化率。
为了解决裂解时原料粒子和产物蒸汽对停留时间要求的矛盾,美国太阳能研究学会开发了专用于生物质快速裂解的蜗旋反应器。在该反应器内进料粒子在圆柱型的加热壁面上沿螺旋线滑行,粒子和壁面间的滑动接触产生了极大的传热速率。已被部分裂解的粒子沿切线方向离开反应器,它们和新进料粒子混合后返回到载流气的进口喷嘴处,开始了又一轮循环。所用载流气为氮气,其和进料生物质的质量比为1-1.5.典型的2mm大小的粒子在完全裂解前有1-2s的停留时间,在此时间内它要循环约30次。这种循环使粒子的停留时间和蒸汽的停留时间无关,从而使该反应器的操作受进料粒子大小的影响很小。
国外对生物质裂解工艺已进行了较大规模的研究。Interchem建造的蜗旋反应器的进料流量可达1350kg/h,意大利替代能源研究院开发的部分燃烧裂解装置的最大进料流量为500kg/h,德国Tubingen大学开发主要用于城市垃圾处理的低温裂解装置的进料流量为2t/h。其它类型的裂解反应器也在开发中,如最近荷兰Twente大学开发的旋转锥式(Rotatingcone)反应器。它不需载流气,从而大大减少了装置的容积,但其设计和加工的难度也大。
2、裂解油精制
生物质快速裂解的液体产物可用作锅炉燃料,但不能用作发动机燃料。因其有高的含水量(15-30)和含氧量(40-50),低的氢碳比,故热值较低。且因不饱和物(如醛)的存在使其稳定性差不易贮存,在受热时也易分解结焦。近年来国际上对于生物质裂解油精制的研究很多,已提出了许多可能的处理方法,包括催化加氢,热加氢,催化裂解,两段精制处理等。
催化加氢常在固定床反应器中进行,采用CoMo/Al2O3或NiMo/Al2O3催化剂,反应时加入H2或CO,反应压力在10-20MPa。如加拿大Waterloo大学在一连续非等温固定床反应器内进行了裂解油精制研究,其原料来自前述裂解过程,使用了经硫化的CoMo催化剂。据报道轻有机液体产品的收率为61-64%,氧含量为0.5%,芳香烃含量达38%。也有用滴流床反应器进行催化加氢的报道。但在不久前的报道中看,加氢法仍是不经济的,因其设备和处理成本高,而且操作中发生反应器堵塞,催化剂严重失活等问题。中试操作最多进行过100小时。
催化裂解被认为是经济的替代方法,它把含氧原料转化为较轻的,可包含在汽油馏程中的烃类组分,多余的氧以HO2,CO2或CO的形式除去。虽然精制油得率比催化加氢低,但反应可在常压下进行,也不需用还原性气体。该反应可在固定床反应器内进行,也可在流化床反应器内进行,沸石催化剂HZSM-5被广泛研究。如Chen等在一流化床反应器内用沸石催化剂进行了裂解油的催化裂解研究,在410℃下的转化率达68%。但总的说催化裂解效果仍不够好,不但焦生成多,所得油质量也差。用其他传统裂解催化剂也没有得到太好的效果。
最近趋向于对生物质裂解油作两段精制处理,即加氢后再接催化裂解。前者起使原料稳定的作用,便于后续处理。如Samolada等提出的裂解油两步处理的工艺中,热加氢可在连续淤浆床反应器内进行,其内径为45mm,高4000mm,试验中无堵塞问题。而催化裂解在一改进的固定床反应器内进行。据称所的液体产品可进行正常精制。但这也仅是小试的结果。
(二)生物质的高压液化
这指的是在较高的压力和有溶剂存在条件下进行的液化,反应物的停留时间常需几十分钟。它始于本世纪60年代后期,当时美国匹兹堡能源研究中心的Appell等将生物质放入Na2CO3溶液,用CO加压至28MPa,在350℃下反应生成液化油。在此后的二十年多里,对生物质的直接液化已做了大量工作。和裂解相似,该工艺也可把生物质中的碳氢化合物都转化为能源形式。
1、液化工艺
生物质的高压液化可借鉴煤液化的方法,与煤液化相比,生物质液化可在较温和的条件下进行。也可以把生物质的直接液化和它的水解工艺结合起来,用水解中生成的木质素残渣作液化原料。木质素的含氧量较低,能量密度较高(木质素的能量密度为27MJ/kg,而纤维素的能量密度为17MJ/kg),对液化有利。事实上已有的生物质液化研究中许多是以木质素为原料的。
生物质的高压液化主要有两种途径,即氢/供氢溶剂/催化剂路线和CO/H2O/碱金属催化剂路线。前者如德国联邦森林和林产品研究中心的一步法催化加氢液化技术。其试验在由3个1升的高压釜组成的系统内进行,它们分别被作为反应器、热分离器和冷却器,以此来模拟一个连续的液化过程。生物质粒子与催化剂和循环油混合。反应在20MPa氢压和380℃下进行约15min。进入气相的液体产品在热分离气中快速蒸馏,塔底重油用作循环油。其余液体产物冷却到室温后得到一个沸程在60-360℃的油品,其中99%为正己烷可溶物,氧含量约12%。产物油所含能量相当于输入能(生物质和氢)的59%。
在日本国家污染和再生资源研究院研究了后一种液化路线。研究者利用间歇反应器进行了生物质在水中的液化,用He为载气,反应温度250-400℃,所用生物质原料包括多种木屑和几种发酵残渣,加入的催化剂为碱金属的碳酸盐。当用发酵残渣在300℃下液化时,油产率为50%,其中C5占5%(wt),热值约35MJ/kg。实验中发现随着反应温度上升和反应时间的延长,油产率下降,而产物能量密度上升。
70年代末到80年代初美国能源部曾在生物质液化实验室进行了高压液化试验。该实验在21MPa下进行,停留时间20min,以Na2CO3为催化剂,木屑进料速率18kg/h。80年代后该实验移至亚里桑那大学进行,重点放在提高进料淤浆中生物质的含量。显然这将使反应器变得更小,操作更经济。为此开发了一种单螺旋挤压加料器,它有把含60%木屑的淤浆加入压力容器的能力。试验中反应压力5.5-21MPa,温度375-400℃。40%的木屑和60%的循环油混合进入反应器,与过热蒸汽和CO混合后进行反应,过热蒸汽可立即把木屑加热到反应温度。木屑进料流率5-14kg/h,停留时间1-4h。蒸馏后所得液体产品的热值为37MJ/kg,含氧量7-10%,达到了很高的油产率。
2、液化油精制
生物质直接液化所得的液体产品也存在精制问题。它也含有较大量的含氧化合物和酸性物质,其氧含量在15-20%。这虽然少于生物质裂解中液体产物的氧含量,但把其直接作为炼制发动机燃料油的原料是有问题的生物质液化油的精制工艺类似于裂解油。常用的也是在CoMo/Al2O3或NoMo/Al2O3催化剂上的催化加氢和在沸石催化剂HZSM-5上的催化裂解。但其有关研究较裂解油的精制少,而且主要在小型装置中进行。
3、生物质和煤共液化
近年来很多研究者致力于煤与废弃生物质共液化的研究。无论从技术方面还是经济方面看,共液化都优于二者单独液化。由于废弃生物质的供给较不稳定,与煤共液化易于维持稳定的原料供给。另一方面现有煤液化工艺所需反应条件苛刻,氢耗大,使其工业化困难。而一些研究表明,当煤与木质素共液化时,煤的液化温度可降低。而且不同研究者得到的实验结果都表明,与煤单独液化相比,煤与生物质共液化所得到的液化产品质量得到改善,液相产物中低分子量的戊烷可溶物有了增加。
国内也有这方面的研究。最近华东理工大学分别进行了生物质(包括稻壳,木屑和木屑的水解残渣)的单独液化和与生物质的共液化。结果表明生物质的加入确实促进了煤的裂解,减缓了液化条件。从而可在较温和的条件下得到高的转化率和油产率。该校研究者认为,因生物质的起始裂解温度较低,通过应用适当的催化剂和控制升温速率,使生物质的裂解和煤的裂解过程相匹配是有可能的。这样就可利用生物质中较高的氢碳比和其裂解产生的活化氢,达到减缓煤液化条件和所需氢耗的目的。
目前煤与生物质共液化的工作尚处在起步阶段,生物质对煤的作用也未能完全了解。有人认为由于木质素中含有苯酚类基团,而使用含有苯酚类基团的溶剂进行液化时,煤的转化率有显著增加,故可能是由于这类基团使煤中的醚键断裂,或者由于氢键的作用增加了煤碎片的溶解性。也有人认为木质素分解可能会生成聚醚,这些产物有助于煤中C—C键的断裂。
(三)结论
由生物质直接液化制取燃料油是有发展潜力的技术。常用的工艺为生物质裂解及生物质高压液化,由这两种方法制得的液体产品都需进一步精制。
在常压下的快速裂解是生产液体燃料的经济方法。已发展了多种生物质裂解和裂解油精制的技术,以达到大量生产优质液体燃料的目的。煤与废弃生物质的共液化较有发展前途。无论从技术方面还是经济方面看,都优于二者单独液化。
四、“十五”期间将节省重质燃料油
节约和替代燃料油是解决我国石油资源短缺,缓解石油供需矛盾,保障国家经济安全的重大战略措施。“九五”期间,我国石油开发和生产严重滞后于消费增长,供需矛盾日益突出,进口量大幅度上升。随着工业化进程的加快和汽车保有量的增加,我国未来石油需求将呈强劲增长态势,供需缺口较大。如不采取积极有效的措施,我国对国际石油市场的依存度将越来越高。目前,我国每年消费燃料油4000万吨左右,相当于原油产量的1/4.因此,节约和替代燃料油,是缓解石油供需矛盾的重大战略措施之一。
节约和替代燃料油是提高企业经济效益,增强企业竞争力,应对加入世界贸易组织(WTO)最现实的选择。去年以来,受国际市场石油价格大幅度攀升的影响,用油企业经济效益受到不同程度的冲击。面对加入WTO后严峻的市场竞争,以油为原料的化肥企业若不进行原料路线的改变,将陷入严重亏损或被迫关闭。因此,迫切需要采取措施,加大节约和替代燃料油的力度,以降低生产成本,提高市场竞争能力。
节约和替代燃料油将加快我国能源结构的调整,促进能源结构优化。煤炭是我国的基础能源,在能源消费结构中居主导地位,节约和替代燃料油,将加快洁净煤技术的开发和推广,提高优质煤比重,有利于煤炭工业结构调整和产业升级,促进煤炭企业扭亏脱困;节约和替代燃料油还可以扩大天然气的消费市场,推动“西气东输”等西部大开发重大工程的顺利实施,从而加快我国能源结构的调整和优化。
(一)替代技术
1、应用洁净煤技术替代燃料油
采用水煤浆技术替代燃料油水煤浆作为新型煤基流体燃料,具有燃烧稳定、污染物排放量少的优点。我国经过近20年的科技攻关和工业化示范,水煤浆制浆、储运和燃烧技术基本成熟。目前已建成水煤浆厂9座,年制浆能力170万吨。山东白杨河电厂2台230吨/时水煤浆锅炉、北京燕山石化公司220吨/时脱硫型水煤浆锅炉代油燃烧,投产后均取得较好的经济效益和环境效益。2-2.5吨水煤浆替代1吨重油,可降低燃料成本500-800元;炼化企业还可得到500元的重油深加工效益。现阶段,10千瓦以下燃油热电机组比较适宜采用水煤浆技术进行替代改造。
采用煤炭气化技术替代燃料油。目前我国在煤炭气化方面已有一定的技术基础。近年来引进国外先进的大型气化技术和装置,煤炭转化率高,环保达标。其中德士古水煤浆加压气化技术已在陕西渭河化肥厂、山东鲁南化肥厂和上海焦化厂应用,运行平稳。通过消化吸收,该项技术国产化率达到80%。中石化集团拟引进国外先进的粉煤气化技术,对以轻油为原料的大化肥企业进行改造。这两种技术的煤炭转化率较高,均可大幅度降低生产成本,增强化肥企业的市场竞争力。大中型油头化肥企业,可采用先进的煤炭气化技术进行替代改造。此外,近年来经过努力,我国煤气化技术开发、应用也取得一定进展,如富氧连续气化技术已在黑龙江化工总厂、淮南化工总厂成功运行。
采用其它洁净煤技术替代燃料油。大中型燃油发电机组改燃煤,一是采用先进成熟的粉煤燃烧加烟气脱硫技术进行代油改造;二是采用洗选煤或动力配煤,在环保达标的前提下,进行煤代油改造。目前,国内410吨/时循环流化床锅炉技术基本成熟,正在进行国产化示范,10万千瓦级燃油发电锅炉可采用循环流化床进行煤(或石油焦)代油改造。
2、以天然气替代燃料油
采用天然气发电、代油燃烧以及作原料生产化肥,不仅在技术上是成熟的,而且有较好的经济和环境效益。我国天然气发展潜力很大,现已形成塔里木、四川、长庆等天然气田,预计到2005年天然气年供气量可达550亿立方米,这为扩大天然气使用,用天然气替代燃料油和化肥企业的原料油提供了资源保证。中石油、中石化集团和部分玻璃、陶瓷生产企业已提出以天然气替代燃料油的改造计划。
(二)节约重质燃料油技术
1、回收利用可燃气体技术
钢铁行业副产煤气(焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气)回收利用潜力很大。“十五”期间通过加快推广锅炉、轧钢加热炉和燃气轮机纯烧高炉煤气及混合煤气技术,可以降低高炉煤气放散率3个百分点,转炉钢吨钢回收煤气可达70立方米。回收副产煤气用于锅炉和轧钢加热炉是钢铁行业可行的节约燃料油措施。炼化企业熄灭火炬回收可燃气的技术和装备已成熟,特别是自动控制系统已达到国际先进水平,回收的可燃气体可节约加热炉用燃料油。
2、等离子无油点火、低油粉煤点火技术
常规火电燃煤机组点火用油,年消费量在100万吨以上。近几年,国内研究开发了等离子无油点火技术,已在山东烟台电厂5万千瓦机组试验成功,目前正在10万千瓦、20万千瓦和30万千瓦机组上组织示范。示范成功后,可实现燃煤机组无油点火。低油粉煤点火也是成熟技术,可在电厂大面积推广。
3、蓄热式加热炉、先进粉煤燃烧器等节油设备和燃油掺水乳化等技术
在钢铁、建材等行业采用高效蓄热式余热回收加热技术,充分利用高温烟气余热,可使加热炉的热耗降低50%左右。该技术已有很好业绩且日臻成熟,目前正在钢铁企业大规模推广应用。
改造燃烧器的结构,可使锅炉的低负荷稳燃性能得到改善。电力系统可采用先进的粉煤燃烧器,优化锅炉燃烧,力争使20万千瓦及以上火电机组在不加油助燃的情况下最低稳燃负荷从目前的60%降到40%。
燃油掺水乳化技术已在大庆、吉林、大港、辽河等油田使用,技术稳定性好,也是一项可行的节油措施。
4、能量系统优化技术
采用能量系统优化技术对现有工业企业进行技术改造,实现能量按品质梯级利用,可最大限度提高企业用能水平。近年来在石化企业进行的试点取得较好效果。
五、中国重质燃料油消费应用领域
(一)中国工业用重质燃料油消耗情况
2003年我国燃料油表观消费量3437万吨,历年燃料油消费变化不大,但2004年我国燃料油的消费量增长较快,当年的燃料油消费量在4400万吨左右。
我国燃料油消费的主要方式是以燃烧加热为主,少量用于制气原料,具有较强的节约和替代潜力。从我国石油供需情况看,工业用油占石油消费量的一半,其中燃料油又占工业用油的35%,因此,我国减少工业用油的重点将放在燃料油替代方面,是缓解我国石油消费过快增长的有效途径。
根据国家统计局统计,我国燃料油消费主要集中在发电、交通运输、冶金、化工、轻工等行业。其中电力行业的用量最大,占消费总量的32%;其次是石化行业,主要用于化肥原料和石化企业的燃料,占消费总量的25%;再次是交通运输行业,主要是船舶燃料,占消费总量的22%;近年来需求增加最多的是建材和轻工行业(包括平板玻璃、玻璃器皿、建筑及生活陶瓷等制造企业),占消费总量的14%。其他部门的燃料油消费占全部消费量的比例变化不大。
(二)中国重质燃料油在相关行业的影响
我国燃料油消费主要用途集中在发电、交通运输、冶金、化工、轻工等行业。根据国家统计局统计,其中电力行业的用量最大,占消费总量的32%;其次是石化行业,主要用于化肥原料和石化企业的燃料,占消费总量的25%;再次是交通运输行业,主要是船舶燃料,占消费总量的22%;近年来需求增加最多的是建材和轻工行业,占消费总量的14%。
1、电力行业
电力行业的燃料油消费主要用于两个方面:一是燃油发电、供热机组,二是燃煤机组的点火,助燃和稳燃用油。而从资料上看,虽然整个电力行业中燃料油机组的装机容量只有1700万千瓦,仅占整个装机容量的5.7%,但是却消耗了燃料油消耗总量的32%。在我国一千多家上市公司中,有大量的电力行业上市公司存在,其中有部分电力公司是以燃料油为主进行发电,其中最具代表性的就是深能源。
2、交通运输业
交通运输行业消耗的燃料油主要是船用燃料油,其中尤以国际航线的消耗量十分巨大。而运输成本中燃油又占有较大的比重,因此如中远航运和中海发展等运输类公司对于燃料油的价格十分敏感。
3、石油化工业
石油化工行业的燃料油的使用主要在油田生活采暖、练油厂生产工艺用热、自备电厂的发电、化肥厂生产用原料和燃料以及其他化工生产上。在这一系列行业中,燃料油对于前两类的公司影响相对较小,因为他们本身也生产燃料油,所以也就具备了一定的自我调节能力。而对于后两类公司影响较大,鲁西化工(这类的化肥厂更具代表性,由于他们的生产的过程中需要能源类燃料,在目前其他煤、气等替代产品都供不应求的情况下,燃油期货的上市对于他们而言还是有很大的积极意义的。
4、建材行业
建材行业消耗的燃料油主要用于平板玻璃和建筑卫生陶瓷的生产。随着产品质量要求的提高,一部分高档产品的生产将会逐步转向以天然气和液化石油气为主要燃料。耀华玻璃这类的公司对于燃料油的依赖性将越来越少。因此,只有在燃料油快速发展的情况下,才可能对他们的生产经营造成较大的影响。当然,对于多数玻璃和陶瓷生产企业而言,尤其是一些中小民营企业,大多还是采用燃料油为主要燃料。
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