煤制油產(chǎn)業(yè)化：我國未來運(yùn)輸能源安全戰(zhàn)略的路徑選擇

孫　?！∠厦?/p>

摘要：隨著石油資源的耗竭，石油資源短缺已經(jīng)引起中國政府的廣泛關(guān)注，如何新開辟穩(wěn)定的石油供給渠道、開發(fā)石油制品的替代品，已經(jīng)成為擺在中國政府及企業(yè)面前的挑戰(zhàn)，文章從石油制品替代角度分析了保證我國未來能源安全的多個途徑，在充分發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)的前提下，發(fā)展多種可再生的石油制品替代品，將基本可以保證中國能源安全。

關(guān)鍵詞：煤制油技術(shù)；替代能源

一、煤制油產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

二戰(zhàn)后前后，由于種種復(fù)雜的政治、經(jīng)濟(jì)問題，催生了煤制油技術(shù)。目前，以煤為原料合成油的工藝主要分為直接液化技術(shù)和間接液化技術(shù)。直接液化工藝可分為熱裂解法、溶劑法和催化加氫法。間接液化技術(shù)可分為合成氣法和甲醇法。煤的間接液化過程實(shí)際上是煤炭氣化先產(chǎn)生合成氣(CO+H2)，再以合成氣為原料合成液體燃料和化學(xué)產(chǎn)品?？v觀煤制油技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展歷程，主要可以劃分為以下四個階段：

1 煤制油技術(shù)誕生階段。煤制油誕生于一戰(zhàn)后與二戰(zhàn)前的德國。德國是一個富煤貧油的國家。二戰(zhàn)前，德國工業(yè)化進(jìn)程不斷加速，石油短缺嚴(yán)重制約了工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

自20世紀(jì)20年代開始，德國許多生產(chǎn)研究機(jī)構(gòu)開始探索開發(fā)通過煤液化進(jìn)行制油的技術(shù)。1913年，德國的Breslau工程學(xué)院的Friedrich Bergius在高溫高壓下對煤進(jìn)行加氫試驗(yàn)研究，結(jié)果獲得了大量油類產(chǎn)品，但由于成本高昂，又加之技術(shù)復(fù)雜，該學(xué)院最終沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但該技術(shù)后來由BASF公司通過固定硫催化劑和兩步加氫分解技術(shù)達(dá)到工業(yè)化程度。1936年Scholven氮廠利用IG油漆公司發(fā)明的煤制油生產(chǎn)裝置以煙煤作為原料生產(chǎn)出了第一批煤制油品一汽油，并在1937年建成了2個煤制油生產(chǎn)廠。在1942年～1945年間，上述三個煤制油生產(chǎn)廠的汽油年生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到65萬噸，汽油質(zhì)量基本能夠達(dá)到普通汽油標(biāo)準(zhǔn)。1935年，英國的比林漢姆建成了一座進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)的煤炭直接液化廠，將煤炭和雜酚油進(jìn)行處理。每年可生產(chǎn)15萬噸的汽油。煤的間接液化是先將煤氣化，生產(chǎn)出原料氣，經(jīng)凈化后再進(jìn)行合成反應(yīng)，生成油的過程，它是德國化學(xué)家于1923年首先提出的。但到二戰(zhàn)末，這些煤制油工廠都因?yàn)閼?zhàn)爭遭到破壞而停產(chǎn)，煤制油技術(shù)第一階段的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程由此結(jié)束。

2南非較大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化階段。該階段大致處于二戰(zhàn)后到20世紀(jì)70年代的中東戰(zhàn)爭前。二戰(zhàn)后，由于中東石油的大規(guī)模開發(fā)。石油供給非常充分，油價(jià)如同水價(jià)，又加之早期進(jìn)行煤制油產(chǎn)業(yè)化的德國的煤炭價(jià)格上漲，這使得投資巨大，工藝流程復(fù)雜的煤制油技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程嘎然而止。隨后，西方發(fā)達(dá)國家對煤制油技術(shù)研究陷入低潮。但在此期間，煤制油技術(shù)在南非獲得繼續(xù)發(fā)展。由于種族問題，到20世紀(jì)80年代中期為止，南非受到了30年的貿(mào)易禁運(yùn)。迫使南非大規(guī)模采用煤炭液化產(chǎn)品。南非沙索公司從1955年起就以煤為原料制造合成氣，通過費(fèi)一托合成工藝的改進(jìn)，生產(chǎn)以汽油為主的液體燃料和化工原料。沙索－2廠1980年底建成投產(chǎn)，沙索－3廠1982年投產(chǎn)，規(guī)模在不斷擴(kuò)大。如沙索－2廠有36臺魯氣爐在運(yùn)轉(zhuǎn)，日處理煤4萬噸。年生產(chǎn)以汽油為主的液體燃料和化學(xué)品超260萬噸，年。2004年沙索公司產(chǎn)值達(dá)40億美元，實(shí)現(xiàn)利潤12億美元。目前，南非60％的運(yùn)輸燃料是由煤炭提供的。

3煤制油技術(shù)集中研發(fā)階段。20世紀(jì)70年代發(fā)生的兩次中東石油危機(jī)。又給煤制油技術(shù)在西方發(fā)達(dá)國家進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)造了機(jī)遇。1973年后。由于在短短的5年時間內(nèi)爆發(fā)了兩次中東戰(zhàn)爭，對石油的價(jià)格產(chǎn)生了巨大影。1973年的戰(zhàn)爭使得原油價(jià)格從每桶3.011美元提高到10.651美元，油價(jià)猛漲了兩倍多。1978年的兩伊戰(zhàn)爭，使得全球石油產(chǎn)量從每天580萬桶驟降到100萬桶以下，油價(jià)在1979年開始暴漲，從每桶13美元猛增至1980年的34美元，從而觸發(fā)了世界范圍內(nèi)的一場石油能源危機(jī)，煤炭液化技術(shù)又開始活躍起來。德國、美國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，在原有基礎(chǔ)上相繼研究開發(fā)了一些煤炭直接液化新工藝。不少國家己完成了中間放大試驗(yàn)，為建立大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)廠打下了基礎(chǔ)。具有代表意義的是德國的200噸／年新的二段液化(IGOR)工藝，美國的600噸，年氫煤法H-coal工藝和日本的150噸／年NEDOL工藝。

4煤制油技術(shù)產(chǎn)業(yè)化方向不確定階段。經(jīng)歷兩次石油危機(jī)后，由于世界經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重衰退，西方石油消費(fèi)大國對石油需求處于長期疲軟期，盡管海灣戰(zhàn)爭曾使油價(jià)驟然回升，但戰(zhàn)爭結(jié)束后，油價(jià)又開始回落，1998年的油價(jià)跌到了1977年以來的最低水平。油價(jià)的起伏不定使得美國的煤炭直接液化研究項(xiàng)目完成后沒能如期進(jìn)入工業(yè)化示范階段就被中斷。日本煤直接液化研究項(xiàng)目結(jié)束最晚，堅(jiān)持到2000年完成了日處理150噸煤炭的煤液化中試工廠的項(xiàng)目。中國煤炭研究總院北京煤化工研究分院的煤液化技術(shù)研究所依靠20世紀(jì)80年代初與日本政府合作得以生存下來至今。邁入新世紀(jì)。在中國曾經(jīng)經(jīng)歷了一場煤制油熱捧期，但隨著2008的全球金融危機(jī)的發(fā)生，石油價(jià)格又從147美元左右的高點(diǎn)回落到40美元左右，中國掀起的煤制油熱潮也迅速降溫，能否完成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有很大的不確定性。目前在進(jìn)行煤制油規(guī)?；a(chǎn)嘗試的國家還有馬來西亞、巴西等第三世界國家，但沒有一個國家能超過百萬噸的生產(chǎn)能力。

二、煤制油產(chǎn)業(yè)化的不確定性：石油替代品多樣化

事實(shí)上，很多國內(nèi)外專家學(xué)者呼吁大力發(fā)展煤制油技術(shù)所基于的主要論據(jù)是：“如果石油資源耗竭，煤制油品幾乎是石油制品的唯一替代品”。事實(shí)上，石油制品作為運(yùn)輸燃料，其替代品種類較多，并且產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到一定規(guī)模，這必將對煤制油產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)生重要影響。這里我們將就我國目前能夠?qū)κ椭破返奶娲贩N類、技術(shù)成熟度及其預(yù)期產(chǎn)量進(jìn)行分析，進(jìn)而估算我國煤制油產(chǎn)業(yè)規(guī)模，為我國未來能源安全戰(zhàn)略的路徑選擇提供實(shí)證數(shù)據(jù)。目前，能夠?qū)κ椭破?主要是作為運(yùn)輸燃料)進(jìn)行替代的產(chǎn)品主要包括：

1氣態(tài)烴。氣態(tài)烴燃料主要包括壓縮天然氣、液化天然氣、液化石油氣。目前，氣態(tài)烴燃料已經(jīng)較為廣泛用作運(yùn)輸動力。據(jù)實(shí)地考察四川、山東及東三省等有較多的公交車及出租車使用氣態(tài)烴燃料，其他一些省份也在推廣使用。在未來的城市運(yùn)輸系統(tǒng)中，氣態(tài)烴燃料對石油制品的汽油和柴油等產(chǎn)品替代效應(yīng)較為明顯，并具有良好的環(huán)保效果。2007，我國能源消費(fèi)總量約為265583萬噸。天然氣約占3.5％，大約相當(dāng)于9295萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，若按每公斤汽油約等于1.4714公斤標(biāo)煤，因此可得我國每年消費(fèi)的天然氣大約相當(dāng)于6317萬噸汽油。而2007年我國交通運(yùn)輸、倉儲和郵政業(yè)總共消費(fèi)汽油約為2763.19萬噸，其中我國城市交通消耗的能源約占40％，大約為1105.28萬噸，若其中30％運(yùn)輸燃料運(yùn)用天然氣，則可節(jié)省石油制品約

331.58萬噸。可見，如果城市交通消耗通過推廣天然氣為動力的運(yùn)輸燃料供給，其替代效應(yīng)幾乎等同于未來10年我國煤制油開工企業(yè)的年產(chǎn)量。2醇燃料。醇燃料也可以對石油制品進(jìn)行替代，它主要是通過以糧食、木薯、甘蔗、甜高梁、農(nóng)作物秸稈等作為原料生產(chǎn)可以用于運(yùn)輸燃料的產(chǎn)品，目前在國內(nèi)外都已經(jīng)有一定規(guī)模。我國已經(jīng)開始以糧食和木薯為原料生產(chǎn)燃料乙醇，并達(dá)到一定規(guī)模。但在“十一五”期間，國家對糧食類乙醇的消耗量控制在1000萬噸以內(nèi)(折合乙醇生產(chǎn)量約為300萬噸)，未來中國以糧食為原料生產(chǎn)燃料乙醇的總潛力約為300萬噸。因此以糧食為原料生產(chǎn)乙醇對汽油柴油替代效應(yīng)非常有限。對我國煤制油產(chǎn)業(yè)規(guī)模影響不大。我國西南部分省區(qū)，如廣東、廣西、福建、云南甚至湖南、四川等地都可以廣泛種植木薯，預(yù)計(jì)到2020年。中國利用木薯生產(chǎn)燃料乙醇有望達(dá)到200萬噸，利用甘蔗生產(chǎn)乙醇有望達(dá)到100萬噸／年，利用甜高梁稈為原料生產(chǎn)燃料乙醇有望達(dá)到70萬噸。以農(nóng)作物秸稈為原料生產(chǎn)燃料乙醇有望達(dá)到70萬噸。因此。到2020年，以糧食、木薯、甘蔗、甜高粱、農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)乙醇燃料有望突破700萬噸，而到2020年我國煤制油產(chǎn)業(yè)規(guī)模能否突破700萬噸還是個未知數(shù)。因此。醇燃料對煤制油品具有明顯的替代效應(yīng)。

根據(jù)文獻(xiàn)提供的數(shù)據(jù)，目前全國每年農(nóng)作物秸稈約有7億多噸，其中作為農(nóng)村燃料消耗約2億噸，若將其余5億噸用來生產(chǎn)乙醇?？僧a(chǎn)乙醇7 000萬噸。加上木材工業(yè)下腳料，制糖造紙業(yè)下腳料和城市纖維垃圾，總計(jì)可得乙醇8500萬噸，是我國當(dāng)前全國汽油消費(fèi)總量的3倍左右。因此，如果我國能夠在2020年前在利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)和工業(yè)化方面取得突破，不僅可以解決我國運(yùn)輸燃料的短缺問題，而且可以改善我國生態(tài)生態(tài)環(huán)境。增加農(nóng)民收入。近年來，我國各地在收獲季節(jié)產(chǎn)生的大量農(nóng)作物秸稈基本都是通過焚燒處理或丟棄，對環(huán)境造成了非常嚴(yán)重影響。因此，這項(xiàng)技術(shù)突破不光可以確保我國能源安全。而且還可以為農(nóng)民創(chuàng)收。減少煤炭開采，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

3生物柴油。煤制油油品對石油產(chǎn)品的另一大替代品是柴油。近年來，國內(nèi)外開始嘗試進(jìn)行規(guī)模化的生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國可用于生產(chǎn)生物柴油原料主要包括菜籽油及其下腳料、麻瘋樹籽、地溝油及其他木卒植物等。其預(yù)期產(chǎn)量、原料，產(chǎn)品比率及產(chǎn)業(yè)化可行性見表2。

根據(jù)上述的分析資料，到2020年，我國石油制品的替代品有望達(dá)到3240萬噸～3520萬噸，其中煤炭液化制品約占60％。

三、我國未來運(yùn)輸能源安全戰(zhàn)略的路徑選擇

我國未來運(yùn)輸能源安全戰(zhàn)略的路徑選擇主要有以下三條：

路徑一：工業(yè)部門盡可能少用石油，降低石油的開采力度。眾所周知，煤制油品對石油制品的主要替代功能是作為運(yùn)輸燃料。但根據(jù)我國能源消耗構(gòu)成的統(tǒng)計(jì)資料可以看出。我國石油制品用于運(yùn)輸燃料的比例只有20％～30％，石油制品大部分用于工業(yè)生產(chǎn)的能源。對于工業(yè)生產(chǎn)來說。如果把石油單純作為一種能源來對待，那么水力、核能、風(fēng)能、太陽能等新能源及煤炭都可以對石油進(jìn)行替代，工業(yè)用油盡可能地用電力來替代。因此，這樣算下來，我國目前在運(yùn)輸燃料方面根本不存在所謂的短缺問題，所短缺石油主要是工業(yè)用油，而且這部分能源大部分也可以用其他能源來替代，因此如果未來只把煤制油品作為運(yùn)輸燃料，其供需缺口將不會十分巨大。

路徑二：大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)。我國是煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國，煤炭開采和消費(fèi)對生態(tài)環(huán)境都造成了非常大影響。但我國油貧煤富國情，決定了潔凈煤技術(shù)是解決我國對進(jìn)口石油資源依賴的主要途徑。從長期來看，潔凈煤技術(shù)也是解決世界能源短缺的主要途徑。例如。美國能源消費(fèi)大省加州由于對環(huán)境要求十分嚴(yán)格，煤電僅占其能源消費(fèi)總置的1％左右，而美國全國約為50％。但近年來油氣價(jià)格暴漲，導(dǎo)致電力成本大增，加州也出現(xiàn)了空前的電力危機(jī)，甚至出現(xiàn)過多次大面積停電，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)和居民生活，目前加州已經(jīng)開始考慮大規(guī)模建設(shè)利用潔凈煤技術(shù)的煤電。我國目前煤制油技術(shù)研發(fā)主要從四個方面展開：①加工生產(chǎn)燃燒排放污染物更少的燃料煤；②開發(fā)潔凈燃燒技術(shù)，通過改造煤的燃燒流程，降低燃燒過程中的排放物，并對排放物綜合利用；③發(fā)展煤化工技術(shù)，對煤進(jìn)行液化、氣化及轉(zhuǎn)化成燃料電池等深加工；④資源綜合利用技術(shù)。如矸石回填、發(fā)電、制水泥。煤層氣抽提利用等技術(shù)，盡可能地降低因?yàn)槊禾可a(chǎn)和消費(fèi)所帶來的負(fù)面生態(tài)效應(yīng)。因此，通過上述潔凈煤技術(shù)商業(yè)化發(fā)展。開展以煤代油工作。未來我國石油資源短缺問題有可能得到根本好轉(zhuǎn)。

路徑三：大力發(fā)展石油制品的替代品。有專家預(yù)測，我國石油穩(wěn)定供給的年限不會超過20年。隨著油氣供應(yīng)日趨緊張，煤制油作為接替資源受到普遍關(guān)注。我國煤制油研究在1990年代中期被上升到國家戰(zhàn)略高度，煤制油技術(shù)也取得了重大進(jìn)展，2001年國家科技部“863”計(jì)劃和中國科學(xué)院聯(lián)合啟動了“煤制油”重大科技項(xiàng)目。1997年。原國家計(jì)委決定同時與美國、日本、德國開展煤制油聯(lián)合研究，云南省政府與德國合作、黑龍省與日本合作、神華集團(tuán)與美國合作。同時開展預(yù)可行性研究。近幾年來，隨著我國石油對外依存度不斷提高，國際油價(jià)居高不下和國家能源戰(zhàn)略安全的多重壓力下，我國煤制油發(fā)展進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。2004年9月，我國與南非簽署合作諒解備忘錄。成立于2003年6月的神華煤制油公司，獲得了國家發(fā)改委審批的第一個煤制油項(xiàng)目，開始了煤制油項(xiàng)目的大規(guī)模工業(yè)化示范。按照中國目前煤制油的項(xiàng)目開展速度，到2020年中國在煤制油項(xiàng)目上將完成4000億元～5000億元的投資，形成年產(chǎn)5 000萬噸生產(chǎn)能力。將可以徹底改變我國運(yùn)輸燃料的短缺問題。不過正如國家發(fā)改委能源局巡視員吳吟所指出一樣，除了2002年國家計(jì)委批準(zhǔn)了神華在內(nèi)蒙古鄂爾多斯進(jìn)行年產(chǎn)100萬噸煤炭直接液化的立項(xiàng)報(bào)告、潞安集團(tuán)16萬噸煤基合成油示范項(xiàng)目、內(nèi)蒙古伊泰集團(tuán)規(guī)劃年產(chǎn)合成油料48萬噸，其余只是同意其進(jìn)行可行性研究。近幾年各地盲目上項(xiàng)目勢必會導(dǎo)致投資重復(fù)、效率低下和高額風(fēng)險(xiǎn)等。所以國家在2006年7月叫停了各地煤制油項(xiàng)目，要求一般不應(yīng)批準(zhǔn)年產(chǎn)規(guī)模在300萬噸以下的煤制油項(xiàng)目。100萬噸以下的甲醇和二甲醚項(xiàng)目。60萬噸以下的煤制烯烴項(xiàng)目。因此。2006年后，我國煤制油產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程又增添了很多變數(shù)。

四、結(jié)論

盡管目前煤制油技術(shù)能否產(chǎn)業(yè)化發(fā)展還充滿很多不確定性，但不可否認(rèn)煤制油可以有效延伸煤炭產(chǎn)業(yè)鏈，但在實(shí)際操作中應(yīng)該綜合考慮各方面因素。隨著石油資源的耗竭及價(jià)格上漲，眾多專家學(xué)者都把注意力投射到發(fā)展石油制品的替代品上，特別是煤制油技術(shù)。但根據(jù)上文分析。盡管煤制油品對石油相關(guān)制品有非常好的替代作用，但煤制油項(xiàng)目投資大，受煤炭、石油價(jià)格影響大，而且項(xiàng)目運(yùn)行對水資源消耗也非常巨大。煤間接制油達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模后噸油水耗為6噸～8噸，而我國大多數(shù)煤制油項(xiàng)目建設(shè)在水資源短缺地區(qū)，這對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境將是非常嚴(yán)峻的考驗(yàn)。從長期來看，通過煤液化制油技術(shù)只能夠作為能源安全戰(zhàn)略的備選方案之一，除非中國因?yàn)檎谓?jīng)濟(jì)等問題受到國際社會的大規(guī)模貿(mào)易禁運(yùn)。否則煤制油將不具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的條件，這主要由于煤炭也是不可再生資源，而且儲量有限，最終也會導(dǎo)致無煤用于制油。另外，近年來，通過可再生資源制乙醇、生物柴油技術(shù)發(fā)展的較快，并有望在2020年達(dá)到一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，這將對以不可再生資源生產(chǎn)的煤制油品產(chǎn)生巨大影響。因此，未來我國在發(fā)展石油制品替代品方向上都多種選擇方案，這導(dǎo)致了煤制油產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有非常大的不確定性，同時也決定了我國未來煤制油產(chǎn)業(yè)只適合于適度發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

1Guo, B., Wang, Y., Zhang, A., China's En-ergyFuture:LeapToolApplicationinChina,Asia Energy Security Project. Vancoucer, Canada,2003.

2Deffeyes,Kenneth, S., Beyond 0il: TheView from Hubbert's Peak. Farrar, Straus andGiroux,2005.

3楊清明，德國煤制油技術(shù)的發(fā)展過程與思考，山西化工，1997，(4)：54-56。

4張君，煤制油的工藝經(jīng)濟(jì)分析，高師理科學(xué)刊，2004，23(9)：78。

5殷建平，探尋合適的石油替代品：石油替代產(chǎn)品產(chǎn)能將快速提升中國石油和化工，中國石油和化工，2007(7)：39-41。

6郭廷杰，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，加強(qiáng)以煤代油工作，江西能源，2001，(4)：1-3。