摘要:當(dāng)前全球大規(guī)模地消耗化石能源,不僅將積累儲藏的石油很快耗盡,同時帶來了嚴重的環(huán)境問題,威脅著人類的生存和發(fā)展,因而,必須高度重視替代石油的清潔能源的開發(fā)。本文為解決能源及環(huán)境問題,分析了各種替代能源的選擇,回顧了我國醇基燃料開發(fā)的經(jīng)歷及與其他能源的比較,闡述了甲醇燃料的應(yīng)用領(lǐng)域及推廣時應(yīng)注意的事項。
一,化石能源及其造成的環(huán)境問題究竟有多大?
世界能源的大規(guī)模消耗是從化石能源,特別是石油的大規(guī)模開采應(yīng)用開始的。僅僅用了一百多年的時間,就使得億萬年的石油積累貯藏即將耗盡。這種不可再生的石油耗盡后,世界就進入了“后石油時代”。那時,必須有替代石油的新能源。這個觀點是公認的。
由于煤炭、石油等化石能源的大規(guī)模粗放型耗用,帶來了嚴重的環(huán)境問題,威脅著人類的生存和發(fā)展。這個觀點也是公認的。
但是,當(dāng)今人們對這兩個公認觀點的認識,在緊迫性和對策上卻有較大差異。一些人輕視這兩個問題的嚴重性,用化石能源的地質(zhì)貯量或者尚能得過且過來安慰自己,用逃離環(huán)境污染重災(zāi)區(qū)來應(yīng)付環(huán)境污染。豈知,化石能源造成的環(huán)境污染,已經(jīng)嚴重威脅人類和地球生物的生存。
全世界的石油資源究竟還能維持多少時間呢?全球石油的總貯量,樂觀地估算為6500億噸,悲觀地估算為2700 億噸,實際上已探明的可采貯量比這少得多。在21世紀開始的時候,全球已探明的石油可采貯量為1476億噸。按2000年實際日耗7300萬桶計,還能維持40年;按美國能源部預(yù)測每年油耗增加2%,只能維持25—30年。到2010年,全球石油可采資源的一半將消耗掉,那時就是石油的“半壽期”,那將是引起人們因為石油能源危機而恐慌的一個關(guān)鍵時刻!
我國的石油貯量豐度低于全球的平均值,雖然預(yù)計地質(zhì)貯量為940億噸,但是,當(dāng)新世紀開始時,已探明的可采貯量只剩33億噸。2004年我國的油耗為2.7億噸,2005年為2.86億噸,如果不進口或想別的辦法,只能維持到2012年。平均每年進口1億噸石油,也只能維持到2019年,“半壽期”仍在2010年以前。由此看來,這個問題的嚴重性是無法回避的。
關(guān)于環(huán)境污染問題,從大規(guī)模使用化石燃料以來,至今已經(jīng)到了地球無法承受的程度。例如,目前全球每年作為燃料耗用化石燃料折合標(biāo)煤120億噸,燃燒后共產(chǎn)生二氧化碳達370億噸。據(jù)瑞典氣象學(xué)家B·博林估算,陸地植物每年經(jīng)光合作用固定的二氧化碳為200—300億噸。上述僅化石能源人為燃燒就產(chǎn)生二氧化碳370億噸,加上生命呼吸、生物體腐敗及火災(zāi)等產(chǎn)生的二氧化碳,就嚴重地超過了綠色植物光合作用吸收轉(zhuǎn)化二氧化碳的量,破壞了自然界的二氧化碳循環(huán)平衡,已經(jīng)開始造成保護地球的臭氧層破壞和其它一些反?,F(xiàn)象。同時,燃燒含硫的煤炭和石油產(chǎn)生的大量二氧化硫形成了危害很大的酸雨,致使地球植被破壞,農(nóng)業(yè)減產(chǎn)?;剂先紵a(chǎn)生的包括致癌物質(zhì)在內(nèi)的許多其它有害物質(zhì)也正在造成一些疑難病。因此,聯(lián)合國1972年即召開了人類環(huán)境大會,1992年又召開了世界環(huán)境和發(fā)展大會,并一致通過了《里約宣言》和《21世紀議程》。圍繞這個大會還締結(jié)了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》、《京都議定書》和《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》等,已經(jīng)開始高度重視和防治環(huán)境污染問題。包括中國在內(nèi)的所有締約國都承擔(dān)了相應(yīng)的義務(wù)。
中國人口眾多,改革開放以來經(jīng)濟發(fā)展迅速,一次性燃料能源以煤為主,而直接燃煤是最臟的一種燃燒方式。中國燃用石油的數(shù)量也很大,并且缺少必要的清潔措施,因此,在燃料燃燒污染方面,中國是最嚴重的國家之一。聯(lián)合國開發(fā)計劃署在其2002年的《中國人類發(fā)展報告》中指出:“中國城市的空氣質(zhì)量遠低于國際標(biāo)準”,“世界受污染最嚴重的20個城市中,有16個在中國”。這些情況已經(jīng)引起中國政府的高度重視,中國參加了1972年聯(lián)合國人類環(huán)境大會后,成立了國務(wù)院環(huán)境保護領(lǐng)導(dǎo)小組,通過了,《環(huán)境保護法》,1983年開始把環(huán)境保護列為“基本國策”,1992年參加聯(lián)合國環(huán)境和發(fā)展大會并簽署了有關(guān)文件,1995年和2000年兩次修訂了中國的《大氣污染防治法》。中國還建立了空氣污染指標(biāo)(API),它綜合了二氧化硫、氮氧化合物和總懸浮顆粒在內(nèi)的總體空氣質(zhì)量,1級、2級表示適合長期生活,3級表示短期可以接受,4級和5級表示不適合人們居住。1999年,在335個空氣受到檢測的城市中,超過40%的城市只能達到4級和5級。世界銀行估算了中國城市人口由于空氣污染而死亡和得病的數(shù)量,如果空氣污染下降到中國標(biāo)準允許的水平,每年可以避免17.8萬人死亡,相當(dāng)于城市死亡總?cè)藬?shù)的7%,由此可見,這實在是與人們生死相關(guān)的大問題了!
由于上述能源和環(huán)境兩個方面的嚴重問題,用清潔燃料替代或取代現(xiàn)有的石油以及直接燃燒煤炭,勢在必行。
二,替代石油的各種能源選擇
替代石油的能源,目前有天然氣、煤炭、含水甲烷和可再生的生物質(zhì)能、風(fēng)能、水能、太陽能等,還有核能和取之不盡的氫能等。原則上,由于科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展,石油枯竭是難以阻止人類社會繼續(xù)前進步伐的??墒?,究竟誰是替代石油的最佳選擇呢?
相比情況如下:
1)天然氣資源也是很有限的,它比石油的壽命長不了多少;
2)煤炭的貯量相對比較豐富一些,在我國,采用清潔煤工程以后,保證還可以使用百年以上;
3)含水甲烷就是蘊藏在亞北極海底的“可燃冰”,據(jù)說,數(shù)量與石油資源大體相似,但是,開采的難度比石油大得多,難以充當(dāng)替代石油的主要角色;
4)核能的發(fā)現(xiàn),是20世紀最偉大的發(fā)現(xiàn)之一,但是,核燃料的數(shù)量也是很有限的,也不可能充當(dāng)替代石油的主要角色;
5)風(fēng)能、水能、太陽能等,是非常理想的可再生清潔能源,但是受地域條件等方面的限制,也只能少部分替代石油能源;
6)氫能。在此指氫與氧化合成水釋放出來的熱能。由于氫元素在海洋中取之不盡,并且,氫的燃燒值很高,燃燒后產(chǎn)物只有水,因而氫能是人類最理想、最清潔、最巨大的能源。有人提出“氫能源”替代“石油能源”的觀點,是有一定道理的。但是,氫是很難液化的氣體,作為燃料能源直接利用的難度很大,因此,在相當(dāng)長的時期內(nèi),氫能的直接利用還只能是一個美麗的理想,不可能成為用來替代石油的主導(dǎo)能源。海水氫的間接利用,是用它與空氣中循環(huán)產(chǎn)生的CO2合成甲醇!這個偉大的方案,是諾貝爾化學(xué)獎獲得者美國加利福尼亞大學(xué)喬治教授首先提出來的,我們非常贊成。
7)可以再生的生物質(zhì)能,指包括糧食在內(nèi)的植物果實、果殼、秸稈、雜草、林木枝葉、動植物體及其排泄物等含有的能量,它們數(shù)量巨大、分布廣、再生快,萬千年來,它們一直是人類在炊事和取暖方面實際使用的主要燃料能源。特別是在我國廣大的農(nóng)村和牧區(qū),現(xiàn)在仍然是主要的燃料能源。只是在化石能源煤炭和石油大量開采使用后,它們的利用才減少了,有些地方,焚燒秸稈甚至成了環(huán)境污染源??墒?,一旦戰(zhàn)爭或者其他原因造成化石能源緊缺時,它們?nèi)匀皇敲裼萌剂系闹饕牧?。生物質(zhì)能的利用有兩種方法,一是傳統(tǒng)方法,二是現(xiàn)代化方法。直接燃燒的傳統(tǒng)方法非常簡單,但是,效率太低,很不方便,還污染環(huán)境,不適用于現(xiàn)代社會?,F(xiàn)代化方法,包括垃圾沼氣、秸稈裂解氣化或液化及其制取燃料醇、生物發(fā)酵制取燃料醇、油料作物及其制取生物柴油等。這些都有很好的前景,在后石油時代,它們將是接替清潔煤工程或者穿插實施,造福于人類的主要燃料能源之一。生物質(zhì)能的現(xiàn)代化利用,對于我國的新農(nóng)村建設(shè)尤其具有重要意義,可以利用的農(nóng)作物秸稈資源就有7億噸以上,變廢為寶加以利用,可以使農(nóng)民增加一大筆收入。還有一個值得注意的是,生物質(zhì)制取燃料醇,可以是以乙醇為主,也可以是以甲醇為主。采用發(fā)酵法時,取決于采用什么菌種。因為糧制燃料乙醇可以借助于釀酒工藝,所以好象是發(fā)酵法只能生產(chǎn)乙醇,實際上利用秸稈生產(chǎn)甲醇或者醇基燃料比生產(chǎn)乙醇更容易,特別是采用化學(xué)催化裂解時,生產(chǎn)甲醇為主的醇基燃料更容易。因此,以此為據(jù)褒乙貶甲是站不住腳的,特別是在我國糧食資源也很緊張的情況下,大規(guī)模推廣糧制乙醇燃料,甚至是一個誤區(qū)。
根據(jù)以上比較,在后石油時代,可以取代石油的主導(dǎo)能源,首先是煤凈化工程,接著或者同時與清潔煤工程互相配合的是生物質(zhì)能的現(xiàn)代化利用,再后是各種碳氫化合物的現(xiàn)代化利用,最后是海水氫與空氣中的CO2合成甲醇。而這些現(xiàn)代化技術(shù)的最佳選擇,都是通過制取甲醇及其衍生物二甲醚為佳。具有中國特色的合成氣直接生產(chǎn)新型醇基液體燃料,實質(zhì)上是一種同時生產(chǎn)多種液態(tài)醇和二甲醚的廉價的醇基醚化液體燃料,是最佳選擇中的最佳選擇。
三,醇基液體燃料開發(fā)經(jīng)歷的回顧
1,開發(fā)甲醇燃料(醇基液體燃料或者按照NY311叫做醇基民用燃料)的必然性
擁有十多億人口的中國,民用炊事燃料歷來都是國計民生的一個重要問題,“柴米油鹽柴為首”的諺語,形象地說明了這個問題。目前,中國城鄉(xiāng)居民在炊事和取暖燃料方面支出的費用,與糧食支出的費用基本相同。自古以來的炊事燃料,柴薪使用了上萬年,煤炭從北宋時代京城汴梁普遍使用至今也有上千年的歷史。使用柴薪、煤炭燒鍋了灶,向來都是一種嚴重的環(huán)境污染源,不僅鍋底熏黑、廚房四壁熏黑,而且農(nóng)村家家戶戶供奉的灶君,也煙熏成了“皂君”。近幾十年來,煤氣、液化石油氣(LPG)、天然氣(CNG)和沼氣等氣體燃料陸續(xù)進入了城鄉(xiāng)家戶和賓館飯店,煙熏火了的環(huán)境污染略有改善。與上述柴煤固體及燃氣相比,液體燃料卻用得很少。首先使用液體燃料的是單身職工住所和小醫(yī)院病房走廊曾經(jīng)出現(xiàn)的煤油爐和酒精爐,因為煤油爐使用麻煩、污染嚴重,酒精價格昂貴,所以它們使用的時間和范圍,都極其有限。近些年來,由于城市環(huán)境污染嚴重,禁止使用煤爐,而使用LPG供應(yīng)沒有保障,價格又貴,因此出現(xiàn)了一批使用液體燃料的柴油爐。但是,燃料柴油也有貨源緊缺、價格昂貴和污染嚴重的問題,因此,有些地方出現(xiàn)了煤爐回潮。在這種情況下,開發(fā)替代煤炭和燃料油以及LPG的歷史任務(wù)就提出來了。以煤炭為原料大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)廉價的甲醇,為民用燃料開辟了一個新途徑,在上世紀八十年代燃氣替代柴、煤的過程中,也出現(xiàn)了甲醇燃料及其灶具競相開發(fā)的景象。我們中國人命名的“醇基燃料”,最初含義就是以70%以上的粗甲醇為主的燃料。
2,制訂醇基液體燃料、灶具標(biāo)準的重大意義及其發(fā)展緩慢的原因
1992年中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會成立新型液體燃料燃具專業(yè)委員會以后,又在農(nóng)業(yè)部環(huán)保能源司組織下,相繼出臺了GB16663——1996和NY311——1997、NY312——1997等醇基燃料和燃具的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準,為民用醇基液體燃料燃具在中國的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。這項工作在國內(nèi)國外都是首創(chuàng),在醇類應(yīng)用拓展到燃料能源領(lǐng)域的新形式下,它的重大意義更是與日俱增,因為醇類不僅可以用化石原料制備,而且還容易利用可以再生的各種碳氫化合物制備,從而最有希望成為后石油時代的主導(dǎo)能源?。ㄟ@種重大意義,后面還要進一步談及)。
但是,十多年來我國醇基燃料燃具未能取得應(yīng)有的快速發(fā)展,有時甚至出現(xiàn)一些反復(fù),大體上有兩個原因:
一是早期的醇基液體燃料,為了增加甲醇的熱值,添加其它組分品種多達十多種,數(shù)量最高可以達到30%,因而增加了燃料的復(fù)雜性。相應(yīng)的民用爐灶,必須適應(yīng)燃料的復(fù)雜性。從外加壓式到自增壓式,結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,但是功能問題和安全問題,長期未能很好解決。即使偶然出現(xiàn)的安全事故,對于一種新產(chǎn)品來說也是致命的!廣西桂林爆炸引起火災(zāi)的事件和四川某地事故被當(dāng)?shù)仉娨暸_暴光的事件,都是我們在推廣應(yīng)用醇基燃料時,必須吸取的沉痛教訓(xùn)。爐灶問題反過來必然影響醇基燃料的發(fā)展。
另一個影響醇基燃料發(fā)展的因素是市場競爭和對于甲醇毒性、腐蝕性、熱值等的科學(xué)認識問題。由于石油、天然氣資源是很有限的,因而各種有可能替代石油的候補者,競相登場爭奪替代權(quán),石油商也不愿輕易放棄其巨額利益,因此,各種非科學(xué)手段也競相使出,最有可能替代石油的甲醇燃料,自然成了被攻擊的對象。
3,甲醇究竟毒性如何?(這個問題必須弄清楚?。?/p>
甲醇是最簡單的飽和一元醇,分子式為CH3OH,早期一直是由木材干餾產(chǎn)生的焦木酸中提取,因此叫做“木醇”,在美國,至今仍然通稱甲醇為“木酒精”,它是一種與乙醇非常相似的化工原料。但是,當(dāng)甲醇的用途向燃料領(lǐng)域拓展時,就開始受到許多無端的攻擊,其中,關(guān)于腐蝕性和熱值等問題,還比較容易解答,(腐蝕性與乙醇相似,可以從多種途徑解決;熱值是與效率結(jié)合起來發(fā)生作用的,況且醇蒸氣與空氣組成的混合氣的熱值,甚至比汽油與空氣混合氣的熱值還要高一些)關(guān)于毒性問題,卻在相當(dāng)長時間內(nèi),使得許多主管領(lǐng)導(dǎo)和業(yè)內(nèi)人士,望而卻步。甚至在幾本互相引用的“權(quán)威”著作中,也被迫將甲醇列為“劇毒”物質(zhì)。我國原國家科委委托北京醫(yī)科大學(xué)做了3年跟蹤實驗得出來的結(jié)論和美國工程院羅伯特·尼考麗絲院士應(yīng)我國中科院潘奎潤研究員要求專門寫的文章,似乎都改變不了甲醇“劇毒”說。
那么,究竟是怎么一回事呢?因為本人曾經(jīng)搞過食品添加劑和安全衛(wèi)生工作,清楚地知道,根據(jù)我國的食品添加劑標(biāo)準GB2760規(guī)定,甲醇可以作為食品加工助劑,而且用量不受限制,聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)也是這樣規(guī)定的。還有許多確鑿的證據(jù),例如,中國石化出版社最新出版的《有害物質(zhì)及其檢測》一書,根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)規(guī)定,將有害物質(zhì)分為劇毒、高毒、中等毒、低毒、微毒等五個檔次,詳見下表。
1996年化工出版社出版的張樹林主編的《急性中毒診斷與急救》一書中,列出了“常見有害物質(zhì)的中毒量和致死量”,其中,甲醇對于人的致死量為75ml,乘以密度0.7914g/ml,等于59.3g,確切地在“中等毒”范圍內(nèi)。乙醇也在這個范圍內(nèi)。該書中的數(shù)據(jù)還表明,常見的三酸兩堿,都比甲醇的毒性大得多!
那么,甲醇的“劇毒”說究竟從何而來的呢?有資料表明,有人誤把“ml”當(dāng)作“mg”,因而把甲醇的毒性擴大了791倍,這樣荒唐的事,卻有人以訛傳訛,還有人出于市場競爭的目的,借用來作為攻擊甲醇的炮彈。關(guān)于甲醇的“劇毒”說和腐蝕性、熱值等,自2001年以來,主要用來攻擊甲醇用于車用燃料領(lǐng)域,但是對于醇基燃料用作民用燃料,也有一定的影響。本人澄清甲醇“劇毒”說的觀點,2005年1月10日,《中國化工報》以“甲醇,后石油時代的希望之星”為題,作了整版刊登報導(dǎo),其他報刊分別作了轉(zhuǎn)載,自此,“劇毒”說的負面影響,在大多數(shù)人們中間基本上被消除了。
4,關(guān)于醇基燃料灶具不夠成熟的影響,正在被消除
這是因為近年來研制成功的“醇基液體燃料自動氣化灶”,既擺脫了外加壓式的麻煩和空氣與燃氣混合后可能出現(xiàn)的安全問題,又回避了自增壓式火力不穩(wěn)和可能出現(xiàn)“正反饋”的安全問題。它采用液醇燃料分小批在特設(shè)的氣化器中氣化、翅片導(dǎo)熱、水氣化控溫和徹底排除烴基組分等多項專利技術(shù),較好地解決了醇基液體燃料灶具的功能問題和安全問題,創(chuàng)造了熱負荷0μ5——2μ5KW的2JW微型火鍋灶、熱負荷2μ91——4μ64KW的2JZ中型家用灶和熱負荷21、28、35、42KW卻不需要鼓風(fēng)機的2JD大型中餐炒菜灶等新型醇基燃料灶具。
JZCZ1——2JW型醇基燃料火鍋灶
這種2JW型火鍋灶,采用燃料罐容量為600——1600ml的優(yōu)質(zhì)不銹鋼連體結(jié)構(gòu),特制燈芯汲取燃料后,利用翅片傳導(dǎo)強化加熱專利技術(shù)加大火力,利用燈罩吸風(fēng)原理調(diào)控火力,利用水氣化控溫專利技術(shù)保證安全燃燒,不僅創(chuàng)造了熱負荷0μ5——1μ0KW的單人火鍋灶,而且創(chuàng)造了熱負荷1μ0——2μ5KW的多人火鍋灶。這種多人火鍋灶,實際上對于三人小家庭和哨所、魚船、野炊等多種場合都適用。加料1次,可以使用4——6小時,根據(jù)城市高樓層用戶反映,與搬扛LPG罐相比,既方便,又省錢。
JZCW1(2)——2JZ型單(雙)灶頭家用醇基燃料自動氣化灶
這種2JZ型家用灶,采用燃料罐與灶頭分體結(jié)構(gòu)。燃料罐懸掛在高于灶頭1. 2米以上的適當(dāng)?shù)胤?,精巧設(shè)計,使得具有裝飾品的效果。爐灶殼體分為簡易型和豪華型,以適應(yīng)不同的用戶。灶頭核心部件分為脈沖點火預(yù)熱、翅片強化傳熱加熱、自動定量加料、充分氣化、混氣噴燃和保溫等六部分。整體方便程度和熱效率都與LPG相似,在不用鋼瓶常壓操作、不黑鍋底和燃料價格便宜等方面,優(yōu)于LPG灶。
這種2JD型中餐炒菜灶,分為全氣化不用鼓風(fēng)機的2JD(1)型和仍然用鼓風(fēng)機的半氣化2JD(2)型兩種,它們采用大型燃料槽罐與灶頭分體和金屬管道連接輸送燃料結(jié)構(gòu)。燃料槽罐設(shè)置在高于灶頭1.5米以上的安全部位。灶頭可以安裝在類似柴油灶的不銹鋼殼體內(nèi),也可以安裝在磚塊和耐火材料砌成的爐膛內(nèi)。灶頭核心部件分為自動定量加料、點火預(yù)熱、翅片強化傳熱加熱充分氣化、混氣噴燃和保溫等部分?,F(xiàn)有系列產(chǎn)品按照GB7824—87的原來規(guī)定,單灶頭額定熱輸出分別為7、14、21、28、35、42KW,以適應(yīng)不同用戶的需要。與市售的柴油灶相比,在以下幾方面具有優(yōu)勢:
1)清潔環(huán)保保健。既不積碳黑鍋底,也不冒黑煙污染環(huán)境,更沒有串至菜肴的異味。
2)高效節(jié)能省錢。它改變了柴油灶的霧化為氣化,燃燒效率顯著提高。在完全相同的條件下,5次測試平均值表明,柴油灶的熱效率為17.9%,2JD灶的熱效率為32.6%。這就是說,柴油灶的熱效率只有2JD灶的54.9%,因此,雖然柴油的熱值高出一倍左右,但是,燒開同樣數(shù)量的水,兩種燃料的用量卻相差不大。按照當(dāng)前的市場價,柴油比甲醇貴得多,因而醇基燃料用戶花錢省得多。
3)設(shè)備簡化,2JD(2)型不用風(fēng)機不用電。相比之下,現(xiàn)有柴油灶和其它液體燃料霧化灶,必須使用中壓電動鼓風(fēng)機,因此,油、風(fēng)、電等管路都是不可缺少的,而且,風(fēng)量和油量的比例必須恰當(dāng)。油多時不僅冒黑煙,而且還經(jīng)常出現(xiàn)“火雨”;風(fēng)多時經(jīng)常由于稀燃造成離焰或熄火。本產(chǎn)品只需要一條燃料管道,依靠高速燃氣流自動吸取空氣,燃氣多時吸取空氣多。值得提出的是,由于不用電,大大擴充了這種灶具的使用領(lǐng)域,尤其適用于野戰(zhàn)部隊。對于無電的偏遠地區(qū)和經(jīng)常跳閘停電的山野農(nóng)村也迫切要求使用,例如那里的饅頭、包子制作商,假使碰到暫時停電,就會造成半熟的饅頭、包子作廢。
4)替代石油。新型醇基液體燃料替代柴油灶用油,每套灶每年使用燃料10噸,超燃公司現(xiàn)在示范性應(yīng)用12000套/年,燃料用量12萬噸/年,計劃推廣應(yīng)用30萬套,燃料用量可以達到每年300萬噸,符合我國積極提倡替代石油產(chǎn)品的國策。
5)為我國的新農(nóng)村新牧區(qū)建設(shè),提供了必需的炊事燃料新能源。由于經(jīng)濟收入有限、地區(qū)偏遠和居住分散,在我國廣大農(nóng)村和牧區(qū)的炊事燃料,多數(shù)還是以柴薪、煤炭和牛糞為主,這與我國現(xiàn)階段奔小康和新農(nóng)村、新牧區(qū)建設(shè)的目標(biāo)極不相稱。本項目的新型醇基液體燃料及其灶具,比較適合農(nóng)村和牧區(qū)使用。首先,它的設(shè)備成本和燃料費用比較低,農(nóng)牧民用得起。超燃公司專門制作的簡易型家用灶,售價只有30元左右,燃料費用只比燃用蜂窩煤略微高一點(蜂窩煤每天1.50元,超燃燃料燃具1.80元)。第二,它不用管道和高壓容器,甚至可以不用電,適合偏辟、分散和缺電的農(nóng)牧區(qū)使用。第三,它可以與秸稈、雜草、樹枝等綜合利用相結(jié)合,增加農(nóng)牧民的收入。第四,它可以大大減少農(nóng)牧區(qū)的環(huán)境污染,為新農(nóng)村新牧區(qū)建設(shè)做出貢獻。
有了上述系列化新型醇基液體燃料灶具,反過來又促進了醇基燃液體料的發(fā)展。僅以河南超燃清潔能源科技有限公司計劃推廣應(yīng)用的30萬套中餐炒菜灶為例,每年就需要醇基燃料300萬噸。如果取代國內(nèi)大部分城市中污染嚴重、資源緊缺、價格不斷攀升的柴油灶和LPG炒菜灶使用的燃料,就需要上千萬噸的醇基液體燃料。針對這樣的市場需要,河南融鑫化工有限公司在其立項建設(shè)年產(chǎn)300萬噸甲醇項目之中,按照協(xié)議,將負責(zé)每年供應(yīng)超燃公司60萬噸由合成氣直接合成的新型醇基液體燃料。超燃公司自己的投資伙伴河南恒昌新能源發(fā)展有限公司,也在籌備年產(chǎn)量更大的由合成氣直接合成的新型醇基液體燃料建設(shè)項目。這樣,由我們中國獨創(chuàng)的醇基液體燃料,以民用炊事燃料為突破口,將會取得一種跳躍式大發(fā)展。
四,醇基液體燃料的新內(nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域的新開拓
1,由合成氣直接合成高熱值的新型醇基燃料
原來的醇基燃料,基本上都是調(diào)配型的,除了70%以上的甲醇以外,添加劑的主要成分是輕烴或其它高熱值材料,其物理化學(xué)性質(zhì),與甲醇差別很大,沸程范圍很大,有的組分互溶性很差。也有一些加入二甲醚(DME)和高碳醇作為氣化劑和改良劑的,但是工藝復(fù)雜,成本大大提高。
“新型醇基燃料”,是由合成氣按照特殊工藝直接合成的高熱值醇基液體燃料,是“中科大LH科技園超燃清潔燃料研究院”和“河南超燃清潔能源科技有限公司”的專有技術(shù)產(chǎn)品。它與現(xiàn)有的各種甲醇生產(chǎn)工藝條件及設(shè)備大不相同,與現(xiàn)有甲醇生產(chǎn)過程中的半成品含有5%左右水分的“粗甲醇”也很不相同。其中,無用或有害的組分水分和CO2的含量很低,必須在0.5%和0.3%以下,以便在其有效成分中,除了甲醇以外,含有大量的高碳醇和醚類,使得這種新型醇基燃料熱值顯著增加、性能顯著改善、成本顯著降低。經(jīng)過國家授權(quán)的河南省節(jié)能及燃氣具產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站測試,各項指標(biāo)完全符合GB16663——1996標(biāo)準中一級指標(biāo)要求。還應(yīng)該指出的是,這種新型醇基燃料,完全不含輕烴或者其它石油組分,可以完全擺脫對于石油資源的依賴。
在此,應(yīng)該非常感謝醇基液體燃料的最初開拓者,感謝農(nóng)業(yè)部科教司能源生態(tài)處、中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會及其新型液體燃料燃具專業(yè)委員會,感謝GB16663和NY311醇基液體燃料質(zhì)量標(biāo)準的制訂者!這些提出“醇基液體燃料”并且制訂了產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準的工作,是世界首創(chuàng),十年來,“醇基液體燃料”仍然為中國所獨有!我們在國際會議上表明上述觀點后,國際上的許多朋友都贊同這一點,并且希望我們進一步引領(lǐng)全球燃料甲醇開發(fā)應(yīng)用的大潮。歷史將會證明,由合成氣直接合成高熱值的新型醇基燃料,是我國對于全球燃料甲醇開發(fā)應(yīng)用的一個巨大貢獻。有關(guān)情況,我們在“世界甲醇論壇和在美考察報告”文章中有所闡述,歡迎參閱和批評指導(dǎo)。
2,醇基液體燃料應(yīng)用領(lǐng)域的新開拓
迄今為止,GB16663、NY311產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準界定的醇基液體燃料,主要還只是供應(yīng)民間炊事和取暖使用,雖然在這個領(lǐng)域的用量已經(jīng)很大,但是,還遠遠沒有發(fā)揮醇基液體燃料應(yīng)有的作用。按照我國現(xiàn)在石油產(chǎn)品的消耗比例,民用炊事、取暖用量,以LPG計算,約有4000多萬噸;工業(yè)窯爐用量以石油計約有8000多萬噸,車用數(shù)量與工業(yè)窯爐類似;其它用于石油化工。除了石油化工大都必須使用化學(xué)純的甲醇以外,其它三項都是使用高熱值醇基液體燃料更好,因此,醇基液體燃料的應(yīng)用領(lǐng)域,將有新的大開拓。
河南超燃清潔能源科技有限公司的前期開發(fā)計劃,是每年生產(chǎn)銷售12萬噸新型醇基燃料,實際情況表明,這個前期計劃,明年就可能實現(xiàn)。因為到明年6月底前,預(yù)計將售出1萬套左右的中餐炒菜大灶,每套這樣的大灶年耗燃料10噸以上,所以每年產(chǎn)銷12萬噸的計劃是可以實現(xiàn)的?,F(xiàn)在的幾家投資商,都瞄準了新型醇基液體燃料的生產(chǎn)和擴大應(yīng)用領(lǐng)域。例如,河南省的耐火材料行業(yè)和廣東省的佛山陶瓷,都面臨著消除環(huán)境污染和缺少清潔燃料的問題。在車用石油替代燃料領(lǐng)域,雖然技術(shù)比較復(fù)雜一些,競爭也很激烈,但是,新型醇基液體燃料向這個領(lǐng)域拓展,也是大勢所趨,特別是高壓縮比的甲醇汽車投放市場后,新型醇基燃料將占據(jù)主導(dǎo)地位。河南恒昌新能源發(fā)展有限公司籌備年產(chǎn)1000萬噸新型醇基液體燃料項目,實際上也考慮了這些應(yīng)用領(lǐng)域的擴大。
五,需要加以分辨的四個現(xiàn)實問題
1,醇基液體燃料與石油比較,是否到了可以開始替代的時候?
資源有限的石油將要退出歷史舞臺是大勢所趨,原料無限的新型醇基液體燃料取代石油成為主導(dǎo)能源也是大勢所趨,并且,現(xiàn)在已經(jīng)到了可以替代的時候,其理由如下:
1)石油資源即將枯竭,尚余的部分最好用于有10倍效益的石油化工。
2)石油作為燃料使用,造成了嚴重的環(huán)境污染,因此,石油燃料被清潔的新型醇基燃料取代,越早越好,越快越好。
3)作為燃料使用的新型醇基液體燃料,已經(jīng)具備了替代石油燃料的功能和市場競爭能力。
4)科學(xué)和實踐均已證明,不僅用作燃料時新型醇基液體燃料可以取代石油燃料,而且在用作化工原料和其它方面,凡是石油能做的事情,甲醇都能做,有的甚至做得更好。
2,煤變油及其與煤制新型醇基燃料比較,孰優(yōu)孰劣?
煤變油目前在我國很有一些熱度,但是非常值得三思!它有兩種工藝技術(shù):
1)煤直接液化——將煤在高溫高壓條件下催化加氫,直接液化合成液態(tài)烴類化合物,再精制制取汽油和柴油。國際上有德國IGOR工藝、美國H——COAL工藝等,中國神華集團正在內(nèi)蒙建設(shè)一個年產(chǎn)320萬噸油品的裝置,計劃2007年10月投產(chǎn)。這種煤變油工藝條件苛刻(高壓15——30Mpa、高溫440——550℃)、裝置投資大(7000元/噸油品)、耗煤多(4噸煤/噸油品)、產(chǎn)品成本高、質(zhì)量差。
2)煤間接液化——將煤先氣化成合成氣,通過費托工藝,轉(zhuǎn)化成為烴類化合物,再精制制取汽油、柴油。南非薩索爾公司擁有此項技術(shù)。我國有關(guān)方面,曾與薩索爾公司簽定了意向書,擬在陜西和寧夏建立兩套煤變油裝置,總投資60億美元,規(guī)模為年產(chǎn)600萬噸油品。這套工藝比煤直接液化條件溫和,油品質(zhì)量也比較好,但是投資更大(10000元/噸油品),耗煤更多(5噸煤/噸油品)。
上述兩套工藝共同的問題還在于,它們既不符合市場經(jīng)濟的形勢,又不符合科技的新發(fā)展。南非當(dāng)年是在國際制裁下被迫作出的選擇,現(xiàn)在是否行得通,應(yīng)該看它的成本費用在當(dāng)前的國際市場上是否具有競爭能力?關(guān)于不符合科技新發(fā)展的問題,有兩個鐵的事實:一是必須適應(yīng)“新配方燃料”含氧2%以上的要求,二是新型醇基燃料的必然興起。新配方燃料標(biāo)準雖然是針對車用汽油制訂的,但是,它要求必須含有2%以上的氧,對于燃料是具有普遍意義的。新型醇基燃料是符合含氧要求的。如果仍然一定要制造出不含氧的烴類汽油、柴油,然后再加入含氧化合物,那只能認為是自找麻煩。
另外,今年7月7日國家發(fā)改委“發(fā)改工業(yè)【2006】1350號文”,已經(jīng)明確規(guī)定“暫停煤炭液化項目核準”,因為“煤炭液化尚處于示范階段,應(yīng)在取得成功后再推廣”。
3,新型醇基燃料與單純二甲醚(DME)燃料比較,哪個更好一些呢?
DME是舉世公認的超清潔燃料,它的性能與LPG相似,甚至可以借用LPG的高壓鋼瓶和爐灶,如果建設(shè)規(guī)模達到年產(chǎn)20萬噸以上,在當(dāng)前的市場情況下,就可以與LPG相競爭,國家發(fā)改委要求建設(shè)規(guī)模在年產(chǎn)100萬噸以上,自然更是具有對LPG的競爭優(yōu)勢。
但是,與新型醇基燃料相比,可能后者具有更多的優(yōu)勢,在此提出如下三個觀點,供參考:
1)DME是2個甲醇分子脫去1個水分子的衍生物(2CH3OH→CH3OCH3 +H2O),即使100%的產(chǎn)率,100kg甲醇只能生產(chǎn)72kg的DME,加上運行費用,其價格至少是新型醇基燃料的2倍。
2)單純的DME是氣態(tài),必須使用高壓容器貯運。而新型醇基燃料,實際上是甲醇和其高碳液態(tài)醇的醚化產(chǎn)物,DME是溶解在甲醇中共同成為混合液體的,并不需要高壓容器貯運。
3)DME的一個重要特點是十六烷值高,可以在柴油車上使用。但是,新的趨勢表明,高壓縮比的甲醇汽車,效率比現(xiàn)有汽油車和柴油車都高得多,也就是說,盡管甲醇的熱值低一些,但是消耗同樣數(shù)量的汽油、柴油、甲醇,甲醇車比汽油和柴油車跑得路程都遠。因此,現(xiàn)有的汽油車、柴油車都將被甲醇車所取代。這已經(jīng)不是遙遠的事,我國奇瑞汽車公司已經(jīng)看準了這個趨勢,投入人力物力開發(fā)幾年,并且取得了多項重大突破。國內(nèi)其他汽車公司也有重大行動。2005年10月份,我們參加在美國休斯頓召開的第四屆國際甲醇論壇會議上,許多論文都是關(guān)于甲醇汽車的,并且,多家擁有這項技術(shù)的汽車商,都表示愿意無償提供這項技術(shù),與中國的汽車商共同在中國開發(fā)這個項目。如果這種趨勢得以實施,甲醇或者說我國特有的“新型醇基燃料”,將有更大的發(fā)展前途,DME替代柴油汽車的優(yōu)勢,也將不復(fù)存在。
4,當(dāng)前,推廣應(yīng)用醇基液體燃料及其灶具的注意事項
盡管醇基液體燃料及其灶具的國家標(biāo)準和行業(yè)標(biāo)準頒布已經(jīng)有十來年的時間,但是,實際上,現(xiàn)在仍然處于示范性推廣應(yīng)用階段。廣大用戶對它還比較陌生,行政管理部門對它還沒有普遍認可,競爭者對它還會施放一些明槍暗箭,我們的技術(shù)和產(chǎn)品可能還有一些值得改進的地方,因此,當(dāng)前推廣應(yīng)用醇基液體燃料及其灶具,還有一些必須注意的地方,例如:
1)必須保證實際貯運和使用過程中的安全,做到萬無一失。為此,必須選擇最有把握的產(chǎn)品穩(wěn)步推出。河南超燃清潔能源科技有限公司現(xiàn)有的三個系列爐灶產(chǎn)品,雖然都可以成功演示和投放市場,但是遵照中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會專業(yè)委員會的指導(dǎo)意見,目前只向市場提供2JD型中餐炒菜灶和2JW型火鍋灶,而暫緩提供2JZ家用灶。這是因為2JD、2JW兩種型號的爐灶,不僅本身安全系數(shù)更高,而且用戶使用者都是專業(yè)的炊事員或者飯店服務(wù)員。2JZ家用灶的用戶使用者,就復(fù)雜得多了,萬一出了事故,即使完全是操作上的原因,也必須由灶具新產(chǎn)品生產(chǎn)者承擔(dān)責(zé)任。
2)要保證產(chǎn)品質(zhì)量。要堅決杜絕粗制濫造產(chǎn)品上市,決不允許摻水使假、以次充好,或者使用不規(guī)范、不合格的燃料燃具。
3)要與環(huán)保部門結(jié)合起來。提倡清潔環(huán)保是我國的國策,我們提供新型醇基燃料燃具,可以使得城鄉(xiāng)環(huán)保問題解決,得到支持。
4)醇基液體燃料供應(yīng)系統(tǒng)要健全、方便,要比為用戶送LPG和純凈水更及時,使用戶感到更方便。
5)要與我國的新農(nóng)村建設(shè)結(jié)合起來,要誠心誠意地為三農(nóng)服務(wù)。目前,廣大農(nóng)民只是剛剛跨進溫飽的門檻,還沒有太多的錢用于炊事燃料,應(yīng)該使得他們少花一些錢,多得到一些溫飽。因此,超燃公司提出了這樣一個口號:“引來無價清風(fēng)造化大千世界,點燃有情灶火溫飽天下黎民”。引來無價清風(fēng),就是依靠技術(shù)多用一些不花錢的空氣氧,使得炊事燃料燃具高效節(jié)能省錢和清潔環(huán)保;點燃有情灶火溫飽天下黎民,就是要情系我國億萬農(nóng)民的溫飽。