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1、车用替代燃料的发展趋势2007-8-14目前全球汽车保有量为8亿辆，预计到2020年将达到12亿辆，届时，交通用油将占世界石油总消费量的62%以上，石油需求与常规石油供给之间将出现缺口，2050年供需缺口几乎相当于2000年世界石油总产量的两倍。为解决石油供需矛盾，未来汽车产业在发展新技术、提高汽车燃油经济性的同时，必须考虑车用替代燃料的发展问题。 一、车用替代燃料的多种方案 在相当长的时期内，来自石油的汽油、柴油仍将是车用燃料的主流，其他代用燃料仅仅是一种补充。中长期车用替代燃料的主体将是煤基燃料、生物燃料和天然气燃料。汽车代用燃料，总体上讲可以分为三类：一是含氧燃料(醇/醚/酯)；二是合成
2、油(BTL/CTL/GTL)；三是气体燃料(甲烷气/合成气/氢气)。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，但其生产技术尚待完善，合成油可望在中长期发挥重要作用。气体燃料车优点很多，但尚处研究阶段，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。 现将几种大家比较关心的替代燃料简述如下。 1. 煤直接液化(CTL-CDD) 煤直接液化是将煤在高温高压条件下，通过催化加氢直接液化合成液态烃类化合物，再精制后制取汽油、柴油。国际上有德国的IGOR工艺，日本的NEDOL工艺以及美国的H-Coal工艺。上世纪三四十年代，德国首先实现煤炭直
3、接液化的工业化生产，以褐煤、烟煤为原料的油品生产总能力达到423万吨/年。两次世界石油危机后，美、德、日等国家开发了煤直接液化新工艺，新工艺的反应条件相对温和，工艺和技术路线更趋合理，有的已完成建设商业化工厂的研究和初步设计，技术上具备了建厂条件。 对煤的直接液化工艺，我国已有25年的研究和开发历史，完成了具有自主知识产权的烟煤CTL工艺研究，完成了0.14吨/日的连续试验，2005年进行了6吨/日的放大试验，连续运转400小时。中国神华集团计划建设世界第一个“商业化”的煤直接液化项目，总规模年产油品500万吨。该项目一期工程将在内蒙神东建设年产320万吨的油品装置，已于2004年8月开工。目
4、前建设的100万吨/年的装置，计划到2007年10月投产。该工艺反应条件苛刻，反应压力为15-30兆帕，反应温度为440-550，装置投资约7000元/吨油品，计划耗煤300万吨。产品为石脑油32万吨，柴油62万吨，液化气7万吨，产品成本相对较高。该工艺得到的油品精制后可直接用作汽油、柴油，发动机不作任何改动，与现有燃油输配系统配套，适合大规模(200万吨/年以上)生产。我国煤炭直接液化技术走在世界前列。煤炭科学研究总院成功开发了具有自主知识产权的煤炭直接液化纳米级高效催化剂，其性能达到国际先进水平；煤炭直接液化的粗油加氢精制工艺和催化剂技术均取得突破，形成了具有中国特色的液化油加工技术。这些
5、成果和技术为建设神华煤炭直接液化示范工程提供了技术支持和设计基础。 目前煤直接液化存在的主要困难在于资金问题。建设一个万吨级煤变油示范厂项目需投资6亿-7亿元，而建设能产生效益的百万吨级煤变油厂需投资上百亿元。另外煤直接液化对煤质要求十分苛刻，基本要求是将煤磨成200目左右的细粉，并将水分干燥到低于2%，需选择易磨、含水低的煤，而且要求煤中氢含量高，氧、硫、氮含量低。为了更好地推广煤直接液化项目，实现有序发展，国家发改委规定，煤直接液化项目规模应在200万吨以上。 2. 煤间接液化合成油(CTL-FTD) 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。其反应条件比
6、直接液化温和(3-5兆帕，200-350)，油品质量优于直接液化产品，也可直接与当前石油路线的输配系统配套。但投资也大(10000元/吨油)，耗煤多(每吨油耗煤4.5-5.5吨)，另外放出大量水和热，合成气分子利用率低、能效偏低。此技术在南非、马来西亚、新西兰已经商业化。南非萨索尔(SASOL)公司是目前全世界唯一的煤炭间接液化商业化生产企业，年消耗煤炭约4500万吨，合成产品750万吨，提供国内约30%的油品需求。美国2004年开工建设规模为5000吨/日油品的煤炭间接液化示范厂，预计2007年投产。 近几年，我国所拥有自主知识产权的煤炭间接液化技术发展较快，中国科学院山西煤炭化学研究所(以
7、下简称“山西煤化所”)、兖州矿业集团分别建成了能力为750吨/年和5000吨/年的中试装置。利用山西煤化所的自主知识产权技术，山西潞安矿业集团公司和内蒙古伊泰集团分别于2006年2月和2006年4月开工建设年产16万吨油品煤炭间接液化项目。兖州矿业集团依靠自主研发，于2004年底建成5000吨/年的低温浆态床合成油中试装置，2006年4月开始建设4500吨/年的高温合成中试装置。目前，国家发改委已批准兖矿集团公司在陕西榆林开展100万吨/年间接液化煤制油项目的前期工作。 2004年9月28日，我国与南非签约，神华集团与宁夏煤业集团引进南非SASOL公司的技术，将分别在陕西和宁夏建设两个年产30
8、0万吨油品的装置，投资分别为300亿元，计划2012年建成。兖州矿业集团计划在榆林建设100万吨/年的装置，山西潞安计划分别于2010年和2020年建成两个260万吨/年的装置，晋城计划建设120万吨/年的装置。估计到2020年，全国煤间接液化装置产能将达3400万吨/年。 3. 二甲醚(DME) 二甲醚具有较高的十六烷值，是替代柴油的好产品，制作简单。由煤气化制合成气，进而生产甲醇，甲醇再脱水生成二甲醚(DME)。二甲醚是公认的优质清洁燃料，无腐蚀，污染排放少，有利于保护环境，经济上也有一定优势。但存在热值低，密度小，柴油机要做适当改造或专门设计，黏度低，润滑性差，对橡胶有溶涨性等问题，需要
9、加强可靠性和耐久性的研究。 国际上二甲醚车辆运行示范较少。瑞典VOLVO公司曾将DH10A柴油机改造成二甲醚发动机，并将其安装在B10BLE大型客车上进行研究示范，还在国际能源机构(IEA)的支持下进行了全生命周期分析。日本已研制出二甲醚卡车样车和城市客车样车，正在进行运行示范，为此还建立了3个二甲醚示范车加气站。但到目前为止，世界上还没有专门设计、可供大批量生产应用的商品级二甲醚燃料供给系统，这是二甲醚汽车未能大面积推广应用的重要原因之一。 二甲醚的生产方法有多种，有二步法、一步法和间接一步法。二步法又可分为液相法和气相法；间接一步法是国家化工行业生产力促进中心创新的；一步法目前技术尚不成熟
10、。以前二甲醚主要作喷雾剂使用，产量有限，2004年，世界二甲醚生产能力为26万吨，总产量18万吨。最大生产厂家为德国的莱茵褐煤燃料公司，年产量仅为12.5万吨，国内生产能力仅为20万吨/年。 近年来，国内外二甲醚的发展都很快。山东久泰化工科技股份有限公司的生产能力已达15万吨/年，泸天化绿源醇业有限公司的产能也达到10万吨/年。目前，全国在建规模约31万吨/年，拟建项目200万吨/年左右。国外也开始筹建大项目，最大规模达250万吨/年，估计2006年国外总生产能力将达650万吨以上。国内直接用煤制二甲醚成本低，约1200-1800元/吨，用商业甲醇生产则约3600元/吨。一般1.8升二甲醚可替
11、代1升柴油(或者1.5吨二甲醚代替1吨柴油)。 二甲醚在汽车上应用尚处起步阶段。2000年9月，西安交通大学与大连柴油机厂联合研制了国内第一辆二甲醚汽车。2005年5月，上海交通大学研制出中国第一台二甲醚城市客车，经有关权威部门检验，各项排放指标远优于欧排放限值。2005年7月，中国第一台高速二甲醚城市中巴车在西安交通大学通过国家科学技术部验收，投入试运行。2005年，山东久泰化工科技股份有限公司、上海交通大学、西安交通大学以捷达柴油轿车为基础共同开发的二甲醚轿车在山东临沂试运行。2006年，山东省临沂市计划实施30辆二甲醚公共汽车的示范运行，上海市也拟开展二甲醚公交车示范工作。 研究结果表明
12、：二甲醚发动机的动力性能超过柴油机，燃油经济性与柴油机相当，噪声低于柴油机；二甲醚发动机不需要复杂的电控和排气后处理系统，就可以达到欧标准，部分指标已达到欧标准。但二甲醚作为车用燃料代替柴油还存在一定障碍：现在柴油车的油箱、油路及进气系统都需要进行改造，储运和销售等方面需要专门建设，还需要加强二甲醚汽车实际应用可靠性和耐久性的研究。目前国内还没有二甲醚在汽车上应用的相关标准，有关原材料生产性标准的研究工作刚刚起步。 此外，二甲醚更趋向代替液化石油气(LPG)供应给广大城镇、乡村作为民用燃气使用，这一用途的经济效益更好。4. 生物质燃料 生物质燃料包含燃料乙醇、生物柴油及生物质合成燃料。 (1)
13、燃料乙醇 燃料乙醇是醇类燃料的一种，是成熟和安全且可再生的能源，最早在巴西，后来在美国广泛使用。美国是玉米出口大国，美国用玉米总产量的13%生产乙醇汽油，生产量已达42亿加仑，但仅占汽油市场的2%，对其能源市场的影响微乎其微。 巴西是目前世界上唯一不供应纯汽油的国家。2005年，巴西燃料乙醇产量近1300万吨，居世界第一位，占世界乙醇产量的43%。巴西现有520多家燃料乙醇生产厂，主要以丰富和廉价的甘庶为原料，燃料乙醇年生产能力达160亿升。 2003年6月，日本资源能源厅决定在汽油中添加乙醇，乙醇的混入比例容许值为3%以下。印度于2003年启动燃料乙醇计划，按照政府规定，北部9个邦和4个联邦
14、区可在汽油中加入5%的乙醇。如进展顺利，印度政府将在全国推广乙醇汽油，并计划将汽油中乙醇的比例提高到10%。目前，一些具有农业资源优势的国家，如英国、荷兰、德国、奥地利、泰国、南非等国政府也已经制定规划，积极发展燃料乙醇并推广应用车用乙醇汽油。 我国也正在大力推广乙醇汽油，在国家发改委等八部委的推动下，从2004年4月起，在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽五省全部地区，以及河北、山东、江苏、湖北四省部分地市全面推广使用车用乙醇汽油。到2005年底，上述各省市辖区范围基本实现车用乙醇汽油替代其他汽油。目前我国生产燃料乙醇的原料主要以玉米、小麦为主。粮食燃料乙醇技术已基本成熟，产业发展初具规模，总产
15、能达到每年102万吨。但是，使用粮食生产燃料乙醇带来的直接结果是生产成本居高不下。吉林燃料乙醇公司提供的数字显示，按照行业平均水平，每3.3吨玉米可以生产1吨燃料乙醇，目前玉米的市场行情为1200-1300元/吨，加上1000元左右的加工费，每吨燃料乙醇的成本约为4500-5000元。而出售给石油企业时，每吨燃料乙醇大约售价为3600元，这样，如果没有补贴，每生产1吨燃料乙醇，企业将亏损1400元左右。加之我国粮食不富余(粮食安全线是4.7亿吨，2003年仅4.3亿吨，缺口4000-5000万吨)，粮食不可能成为大量的汽车燃料，而其他生物质开发得也不多，尚不能满足农村能源需求。 为了扶持燃料乙
16、醇生产，国家为四家定点生产企业提供了专项补贴，每吨燃料乙醇的补贴在1000-2300元之间，视各地情况而定。获得补贴后，燃料乙醇生产企业的利润率约为5%，处于保本微利状态。除直接补贴外，国家还为燃料乙醇生产企业出台了多项优惠政策，主要包括：免征5%的消费税，增值税实行先征后返。另外，享受国家陈化粮的政策补贴，拥有使用陈化粮的优先权。 生产成本高于普通汽油，一直是制约燃料乙醇发展的最大障碍。为使生产企业最大限度地降低成本，提高综合利用率，国家也正在逐步降低对生产企业的补贴。在乙醇汽油推广初期，国家对燃料乙醇生产厂家是据实补贴，从2004年开始国家改为定额补贴。以河南天冠集团为例，2004年天冠集团每生产1吨燃料乙醇，国家补贴2070元，而2005年已把这个补贴降为1721元/吨，2006-20
