替代石油新能源的技术发展及趋势研究

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替代石油新能源的技术发展及趋势研究

1.世界石油资源形势及发展趋势

1.1世界石油资源形势

20世纪的工业革命利用广泛存在的化石资源推动了经济持续、高速地发展,但其引发的相关能源短缺、环境污染、生态恶化等问题也日益加深,同时化石资源的分布不均匀性导致世界范围内的能源竞争,引发了一系列的国际政治问题。

目前,全球可采石油储量的38%以上分布于中东,17.3%和16.5%分布于前苏联和北美,欧洲不足4%(见图1)。

图片1 

我国化石能源资源在世界已探明储量中,石油仅占2.7%,天然气0.9%,煤炭15%,呈现“缺油、少气、多煤”的状况,但其产量占世界总产量的比例却分别高达4.2%、1.5%和33.5%。高速发展的经济导致石油大幅进口,自1993年起我国成为石油净进口国,对外依存度高达40%,严重威胁着我国的能源安全。

1.2近年世界石油供需状况

1985-2005年,世界石油需求的年均增长率约为1.7%,目前,全球十大石油消费国中有4个在亚太地区,其中中国为世界第二石油消费大国,日本第三,印度第六,韩国第七。未来20年内,世界石油消费将以近2%的速度增长,高于过去20年的平均增长水平。未来石油需求呈现稳定增长态势,亚太地区需求增长最快,供需矛盾突出。

进入20世纪90年代,中国对石油进口的依赖度越来越大,中国原油消费量以年均5.77%的速度增加,而同期国内原油供应增速仅为1.67%,供需缺口逐年拉大。由表1可知,我国石油消费增长迅速,对石油进口依赖度越来越大,这已成为我国的一个基本国性。

图片2 

1.3替代石油能源产业的发展现状和政策导向

石油属于不可再生资源,同时以石油为代表的化石能源的生产和消费引发的环境问题越来越严重,已成为制约人类实现可持续发展的主要障碍之一,加上石油的高价位等因素,迫使世界各国寻求石油替代产品和新能源,大力推行能源多样化,石油替代产品和新能源的开发利用。

在推行能源多样化方面,日本、法国、德国、美国、巴西等国走在世界前列。日本天然气占能源消费量的比例达13.8%、核电14.1%;法国核发电占其总发电量的70%以上;巴西可再生能源占能源消费的比例高达41%。德国、丹麦、美国等国家还大力发展清洁能源来取代核能。生物柴油在发达国家受到高度重视,2004年总产量已达193.34万吨,欧盟计划于2010年生物柴油产量达800—1000万吨,使生物柴油在柴油市场中的份额达5.75%。美国生物柴油的发展也受到高度重视,2004年10月布什总统签署了对生物柴油的税收鼓励法案,大力支持生物柴油在美国的发展。2005年初,巴西颁布法律规定,在巴西销售柴油中必须添加生物柴油。中国生物质能、风能、太阳能、水能等资源丰富,新能源建设的市场潜力很大。

鉴于化石能源资源的有限性和全球环境压力的增加,世界上许多国家都认识到了新能源与可再生能源的重要性,并从政治、经济和技术上采取行动,出台了一系列有利于加快新能源与可再生能源技术产业化、商业化的政策法规和措施。全球至少48个国家制定了促进可再生能源利用的政策。

我国政府十分重视能源多源化问题,采取国家财政补贴等鼓励措施,大力推广燃料乙醇试点工作,已建成四大乙醇燃料生产基地,总产能超过了100万吨/年。2005年2月28日,第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《中华人民共和国可再生能源法》,自2006年1月1日起已正式实施,《能源法》立法工作也正在抓紧启动。

2.多元化替代石油能源的技术开发现状及应用

目前,多元化能源替代技术开发主要集中在煤及天然气合成油、生物柴油、燃料乙醇等领域。

2.1天然气合成油(GTL)技术

2.1.1国外技术开发及工业化情况

近几年,各大石油公司都非常重视以天然气为原料采用间接法合成油品的技术开发,壳牌、萨索尔等公司均开发了具有特色的工艺技术。

萨索尔公司开发了采用铁基催化剂和流化床反应器的F-T技术,1993年在南非莫索湾建成一套以天然气为原料的液体燃料规模为32000桶/日的装置,生产高品质的柴油、煤油和石脑油。萨索尔公司与Topsoe公司联合开发了以天然气为原料采用浆态床工艺生产馏分油的GTL技术——SSPD工艺。

壳牌公司开发了中间馏分油工艺,并采用茂金属钴基催化剂和湍流固定床反应器。1993年5月,在马来西亚Bintulu建成GTL工业化装置。

埃克森美孚公司采用钴基催化剂和浆态床工艺的AGC-21工艺,成功地运行了一套200桶/日的中试装置。

Syntroleum公司开发了采用钴基催化剂和流化床工艺的Syntroleum工艺,并建成2桶/日的GTL中试装置。

2.1.2国内GTL技术开发情况

中国石化十分重视GTL技术开发,目标是开发出具有中国石化自主知识产权的成套GTL技术。目前在F-T合成催化剂上已取得了一定的进展。

1)大连化物所F-T合成催化剂。

中国石化立项安排中科院大连化物所开发的适用于列管式固定床反应工艺的氧化硅负载的钴基催化剂,具有合成直链高碳烃(蜡质产品)的特点。目前开发的适用于浆态床反应工艺的活性炭负载的钴基催化剂,具有较好的制取柴油馏分的性能。液体产品中柴油组分较高,其中C10~C20液体在产物中的比例为60%左右。

2)F-T合成催化剂

该催化剂是由中国石化股份有限公司石油化工科学研究院(RIPP)开发的,以氧化铝为载体、金属钴为活性组分,一定程度上解决了F-T合成反应过程中在提高CO转化率时,C+5选择性下降的问题,大大提高了反应经济性和碳源利用效率,催化剂已基本定型。

国内其他企业F-T合成技术开发情况:中科院山西煤化所先后开发了将传统F-T合成与沸石分子筛相结合的固定床二段合成工艺和浆态床—固定床二段工艺,于2001年建成千吨级浆态床合成油试验装置和催化剂制备装置,已进行了多次试验,并得到合格产品。目前正计划建10万吨级工业示范装置。山东兖矿集团公司2004年建成了5000吨/年浆态床低温F-T合成油装置,连续运行4706小时。目前已完成百万吨级煤制油工业示范装置可行性研究报告。兖矿集团在国内合成油领域居领先地位,该集团目前已拥有包括反应器和催化剂技术的F-T合成核心技术。

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