石油替代的對策和替代技術(shù)

黎元生

（中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

石油替代的對策和替代技術(shù)

黎元生

（中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

分析了石油生產(chǎn)、消費(fèi)形勢和中國搞石油替代的必要性，指出中國必須盡可能多地掌握用于液體燃料和重要化工產(chǎn)品原料的石油替代技術(shù)，由政府資助建設(shè)并運(yùn)轉(zhuǎn)示范裝置，長期運(yùn)轉(zhuǎn)以積累工程經(jīng)驗(yàn)、改進(jìn)和提高技術(shù)；替代技術(shù)的商業(yè)化推廣則應(yīng)以市場為主，政府只作政策引導(dǎo)和補(bǔ)貼示范裝置。

石油替代；煤制油；燃料乙醇；生物柴油

隨著 2004年以來石油價格新一輪的大幅上漲（見圖1），石油替代問題又一次被熱炒了起來。這一輪的石油替代熱有美國政府帶頭，眾多石油公司跟進(jìn)，再加上諸多政治因素的影響，因此不僅波及面廣，且一直持續(xù)到現(xiàn)在還高熱不退。僅管 2008年由美國引發(fā)的全球性金融危機(jī)將油價打下很多，但研究開發(fā)和實(shí)施石油替代技術(shù)的熱潮并沒有跟著油價同步降下來。

正在開發(fā)并實(shí)施的石油替代方案眾多，目前已經(jīng)商業(yè)化或半商業(yè)化的替代方案主要有煤制油、天然氣制油、燃料乙醇和生物柴油、車用燃料電池等。南非由于特定的歷史原因有著全球最大的煤制油產(chǎn)業(yè)，美國則在煤的直接液化和間接液化以及天然氣制油技術(shù)開發(fā)方面投入最多。根據(jù)各國的資源情況甚至政治需要，美國大量采用玉米乙醇替代車用汽油，巴西則大量采用甘蔗乙醇替代汽油。中國在建起4家旨在消化陳化糧的燃料乙醇示范廠并在國內(nèi)部分地區(qū)使用E10乙醇汽油后放慢了建廠速度，開始了冷靜的觀察。

各個國家的資源擁有情況不同，發(fā)展階段也不同，應(yīng)當(dāng)采用不同或至少是有差別的石油替代策略。中國要不要搞石油替代，用什么來替代，替代的時機(jī)、規(guī)模和火候怎么掌握，這些問題都需要我們來冷靜思考。

圖1 近20年來國際油價(英國Brent原油)走勢[1]Fig.1 Crude Oil Price (Brent dated)，1989-2009

1 液體燃料仍將以石油產(chǎn)品為主

近 30年來全球石油產(chǎn)量增長的同時,儲采比仍在緩慢增加（如圖2，R/P表示儲采比），這表明近年來新探明的石油可采儲量要高于當(dāng)年的石油產(chǎn)量，在可預(yù)見的數(shù)10年內(nèi)世界石油供應(yīng)不會出現(xiàn)大的波動。中國的石油儲采比20年來雖然在下降，但現(xiàn)在也基本趨穩(wěn)，見圖3。

圖2 近30年來全球石油生產(chǎn)和儲采比走勢Fig. 2 Oil Production and R/P, total World , 1980-2009

圖3 近30年來中國的石油產(chǎn)量和儲采比走勢Fig. 3 Oil Production and R/P, China, 1980-2009

基于世界石油供需基本平衡和儲采比基本穩(wěn)定這個事實(shí)，我們必須清醒的認(rèn)識到，在可以預(yù)見的將來，石油產(chǎn)品仍將是液體燃料的主體，石油化學(xué)品的主要原料也將來自石油原料。隨著石油替代的發(fā)展，石油供需的這種平衡將延續(xù)更長時間。

2 中國必須搞石油替代

近 10年來,中國的石油消費(fèi)量和石油進(jìn)口量快速增加（見圖 4）,由于石油生產(chǎn)量一直在 2億 t/a以下，新增加的需求幾乎全部要依賴進(jìn)口補(bǔ)充。中國社會正處于從溫飽到小康再到全面小康的高速發(fā)展和轉(zhuǎn)型期，汽車進(jìn)入家庭進(jìn)一步推動了石油消費(fèi)的高速增長。盡管中國自2006年起石油消費(fèi)總量的50%以上依賴進(jìn)口，但人均石油消費(fèi)量遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，甚至遠(yuǎn)低于世界平均水平(見圖5)。如果中國進(jìn)入全面小康以后人均石油消費(fèi)達(dá)到美國現(xiàn)在的水平，則全年將消費(fèi)石油約40億t，這已超過了2009年全世界的石油消費(fèi)總量（38.82億t）。

中國的國土面積和美國相當(dāng)，即使全面小康以后也還會有數(shù)億人口分散居住在鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)和小城市，而人口分布狀況對人均油耗有直接影響。如果中國全面小康的人均用油目標(biāo)參照發(fā)達(dá)國家中人口居住高度集中，國土面積較小的英國，將人均年用油量的目標(biāo)定為1.3 t，則全國需要18億t油。顯然當(dāng)今的世界難以為我們提供這么多油。這個基本國情決定了我們必須搞石油替代。

圖4 中國石油消費(fèi)量和進(jìn)口量走勢圖[1-3]Fig.4 Oil Consumption and Import of China, 1997-2009

圖5 2008年人均石油消費(fèi)量[1,4]Fig.5 Oil Consumption, tons/person, 2008

3 中國的石油替代應(yīng)該是多方位的

中國的現(xiàn)代化對石油的需求巨大，任何單一的石油替代物都完成不了這個任務(wù)，因此中國的石油替代只能是多方位的。石油替代的方案很多，已經(jīng)工業(yè)應(yīng)用的就有從非常規(guī)石油資源如油頁巖、油砂等和煤、天然氣生產(chǎn)石油到以生物柴油、燃料乙醇和甲醇、二甲醚等直接作為汽車燃料或燃料組分。這些替代方案各有特點(diǎn)，大體上可分為化石燃料方案和可再生資源方案。

煤和天然氣制油是目前已經(jīng)成熟的石油替代路線。從上世紀(jì)的二戰(zhàn)期間煤制油技術(shù)工業(yè)化以來，南非的多套煤制油工業(yè)裝置也已運(yùn)行數(shù)十年。煤的直接液化制油、采用物理或化學(xué)方法拿出煤中的油（許多煤種中油含量遠(yuǎn)高于油頁巖含油量）、煤氣化后間接制油或以天然氣制油以及綜合利用煤焦油都是石油替代應(yīng)該研究的方向。煤制油的經(jīng)濟(jì)性主要取決于石油的價格。由于石油價格上漲后煤制油的成本也相應(yīng)增加，因此直到目前，煤制油在經(jīng)濟(jì)上仍然難以站住。判斷煤制油是否經(jīng)濟(jì)的最簡單方法就是看煉油廠的焦化裝置是否贏利，或看煉油廠是否還在新建或擴(kuò)建焦化裝置。因?yàn)闊捰蛷S的焦化裝置在某種意義上也可以看作是油制煤裝置。

煤炭、天然氣和石油一樣都是不可再生的資源，其儲量和可供應(yīng)量都是有限的。要從根本上解決當(dāng)代人類的能源問題，還得依靠太陽當(dāng)代提供給人類的能量積累，這就是可再生資源。作為石油燃料的替代品，目前可以得到的主要是生物柴油和燃料乙醇。作為化工原料的石油替代，許多含纖維和淀粉的農(nóng)作物都可以大有作為。不論是作為運(yùn)輸燃料油還是化工原料用油的可再生資源替代，生物質(zhì)都是最重要的研究對象。

生物質(zhì)資源種類繁多，主要有農(nóng)作物和農(nóng)業(yè)有機(jī)剩余物、林木和森林工業(yè)剩余物、農(nóng)副產(chǎn)品的有機(jī)廢物和廢水、動物排泄物和城市污水及垃圾等。還有水生植物、藻類和能進(jìn)行光合作用的微生物等都是可以開發(fā)利用的生物質(zhì)能資源。近期內(nèi)可以做到并大規(guī)模發(fā)展油料作物生產(chǎn)生物柴油、植物纖維和淀粉以及糖類作物生產(chǎn)燃料乙醇、生物質(zhì)生產(chǎn)化工原料。發(fā)展可再生石油替代工業(yè)技術(shù)還可以增加就業(yè)、增加農(nóng)民收入并轉(zhuǎn)移農(nóng)業(yè)人口、減少CO2排放等。

以動植物油脂為原料的生物柴油在國內(nèi)的發(fā)展受到較大的限制，表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明近年來我國大豆和植物油進(jìn)口量大幅增加，其勢頭可以和石油進(jìn)口增幅相比。

表1 中國近年大豆和食用植物油進(jìn)口統(tǒng)計[5-7]萬tTable 1 Chinese import statistics of soybean and edible vegetable oil in recent years 10 kt

當(dāng)然這不妨礙我們開發(fā)生物柴油技術(shù)，為將來非食用油料作物推廣和非食用油料增產(chǎn)時做好技術(shù)儲備。

乙醇作為車用清潔燃料添加組分已在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。各主要燃料乙醇生產(chǎn)國近年來的產(chǎn)量走勢見圖 6。生產(chǎn)乙醇過程本身需要消耗較多的能源，不論乙醇作為車用清潔燃料添加組分本身在經(jīng)濟(jì)上能否站住，燃料乙醇是可以為內(nèi)燃機(jī)提供能量的，因此可以替代一部分車用汽油。

圖 6 近20年來燃料乙醇產(chǎn)量走勢[1]Fig.6 Output change of fuel ethanol，1997-2009

國內(nèi)2002年開始車用乙醇汽油使用試點(diǎn)工作，到2005年應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到東北、華北、華東和中南的9個省。乙醇汽油的推廣及使用，不僅可以替代石油資源，還可以刺激農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

生物質(zhì)裂解液化技術(shù)己被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ纳锬茉醇夹g(shù)之一。國際能源署（IEA）組織了加拿大、芬蘭、意大利、瑞典、英國及美國的十余個研究小組包括Batelle、MIT等國際著名大學(xué)及實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了數(shù)十年的研究工作，上世紀(jì)末就己有20余套工業(yè)示范裝置在運(yùn)行中，最大處理能力已超過日處理生物質(zhì)100 t。

通過熱裂解生物質(zhì)可轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?、木炭和生物油，控制反?yīng)條件，如溫度、原料、壓力、滯留時間等，可實(shí)現(xiàn)改變3種產(chǎn)物的比例。典型的熱裂解系統(tǒng)每處理1 000 kg生物質(zhì)一般可生產(chǎn)200～250 m3可燃?xì)狻?50～600 kg炭粉和200～300 kg生物油。

4 石油替代技術(shù)的商業(yè)化推廣應(yīng)以市場為主

各種可行的或潛在的石油替代方案的研究都應(yīng)該得到鼓勵和支持。國家應(yīng)在多方位的石油替代技術(shù)方面進(jìn)行技術(shù)儲備，并資助建設(shè)和運(yùn)行相當(dāng)規(guī)模的工業(yè)示范裝置。通過示范裝置的運(yùn)行，積累工程經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展和更新技術(shù)，培養(yǎng)和鍛煉人員，并解決生產(chǎn)、儲運(yùn)和應(yīng)用中遇到的問題。一旦國家有需求時可以隨時擴(kuò)大規(guī)模和新建產(chǎn)能。

由于現(xiàn)階段幾乎所有的石油替代方案在經(jīng)濟(jì)上都需要政策扶持才能商業(yè)化運(yùn)營，以目前我國的國力，石油替代的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)該以市場引導(dǎo)為主。哪種替代方案首先取得可大幅降低成本的重大技術(shù)突破，就讓市場首先選擇哪個方案進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣。

5 結(jié)論和建議

在可以預(yù)見的將來，石油仍是液體燃料和石油化工產(chǎn)品的主要原料。

石油替代技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行幾十年了，在未來的幾十年中還要繼續(xù)研究，但我們的重點(diǎn)仍應(yīng)放在技術(shù)研究和跟進(jìn)上。

為了保證國家的石油安全，必須盡可能多地掌握用于液體燃料和重要化工產(chǎn)品原料的石油替代技術(shù)，由政府資助建設(shè)并運(yùn)轉(zhuǎn)示范裝置，長期運(yùn)轉(zhuǎn)以積累工程經(jīng)驗(yàn)、改進(jìn)和提高技術(shù)。

無論多么好的石油替代技術(shù)，其工業(yè)推廣應(yīng)以市場為主，政府只作政策引導(dǎo)和補(bǔ)貼示范裝置。

[1] BP，BP Statistical Review of World Energy[EB/OL].2010, BP網(wǎng)站.

[2] BP，BP Statistical Review of World Energy[EB/OL].2009, BP網(wǎng)站.

[3] 國家統(tǒng)計局.中華人民共和國歷年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[EB/OL].國家統(tǒng)計局網(wǎng)站.

[4] Population Division of the Department of Economic and Social Affair s of the United Nations Secretariat, World Population Prospects: The 2008 Revision[EB/OL].聯(lián)合國網(wǎng)站.

[5] 國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒2009[EB/OL].國家統(tǒng)計局網(wǎng)站.

[6] 國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒2008[EB/OL].國家統(tǒng)計局網(wǎng)站.

[7] 國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒2006[EB/OL].國家統(tǒng)計局網(wǎng)站.

[8] 中國期貨交易網(wǎng).2010-01-26[EB/OL].http://www.bjcifco.net.

[9] 中國糧油信息網(wǎng). 2010-12-21[EB/OL].http://www.chinagrain.cn/dadou/2010/12/21.

[10] 中國糧油信息網(wǎng).2010-12-23[EB/OL].http://www.chinagrain.cn/zonglvy-ou/2010/12/23.

Policy of Petroleum Substitution and Substitution Proposal

LI Yuan-sheng
(Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Sinopec，Liaoning Fushun 113001，China)

Production and consumption of petroleum in China were analyzed as well as the necessity of developing petroleum substitution energy. It was proposed that more petroleum substitution technologies should be developed through government funding in China，but commercialization of the petroleum substitution technologies should mainly depend on market, the government only needs to carry out policy guidance and financial subsidy.

Petroleum substitution; Coal to oil; Fuel ethanol; Biodiesel

TE 09

A

1671-0460（2011）01-0001-04

本研究工作得到中國石化科技開發(fā)部資金支持。

2011-01-01

黎元生，撫順石油化工研究院副總工程師，教授級高工，中國石化有突出貢獻(xiàn)的技術(shù)專家，1982年本科畢業(yè)于華東石油學(xué)院煉制系，1991研究生畢業(yè)于大連理工大學(xué)精細(xì)化工系，長期從事石油加工和生物燃料研究工作。E-mail：yslifs@hotmail.com。