【正文】 2020年煤基醇醚燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況分析 第一節(jié) 煤基醇醚燃料 發(fā)展 概況 一、煤基醇醚燃料 簡介 醇醚燃料包括 甲醇 、二 甲醚 和乙醇等，是重要的 石油 替代能源。醇醚燃料分為煤基醇醚燃料和糧基醇醚燃料兩種。其中煤基醇醚燃料是由煤（包括原煤、煤層氣、 焦?fàn)t 煤氣）通過 氣化 合成低碳含氧燃料 甲醇、二甲醚等車用清潔替代汽油、 柴油 的燃料。在原料的選用中，利用高硫劣質(zhì)煤和焦?fàn)t氣 生產(chǎn) 甲醇和二甲醚，既可提高資源綜合利用又可減少環(huán)境污染。煤基醇醚燃料不僅有良好的經(jīng)濟(jì)性，而且由煤轉(zhuǎn)化為甲醇燃料和開發(fā)醇醚汽車十分符合 煤氣化 、煤轉(zhuǎn)化以及汽車行業(yè)的發(fā)展方 向。 （一）煤基甲醇燃料 甲醇是一種易燃易揮發(fā)的無色透明液體，具有與現(xiàn)實(shí)使用的液體燃料極為相近的燃燒性能，辛烷值高，抗爆性能好，其生產(chǎn)原料非常廣泛，產(chǎn)品的運(yùn)輸、儲存、分裝加注和使用，與目前市場上所供應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)用汽油和柴油燃料特點(diǎn)極為相似。同時，甲醇還可作為燃料電池的重要原料。在目前的開發(fā) 應(yīng)用 中，甲醇燃料分為直接使用和間接使用兩大類。直接使用又分為全額甲醇和部分摻混兩種形式；間接使用可通過 化學(xué) 轉(zhuǎn)化方法和電化學(xué)轉(zhuǎn)化方法達(dá)到能量轉(zhuǎn)化的目的?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化主要是將甲醇轉(zhuǎn)化為甲基叔丁基醚和二甲醚等。 圖 1 甲 醇燃料的使用方式 資料 來源：世經(jīng)未來資料庫 甲醇作為一種優(yōu)良燃料，每合成 1 噸甲醇耗煤約 噸。目前直接將甲醇當(dāng)燃料已引起世界各國的興邀，某些發(fā)電站已經(jīng)將甲醇作為燃料，在汽油中摻混 5%15%的甲醇對汽油使用性能、經(jīng)濟(jì)效益幾乎沒有影響，在宇宙航空中甲醇能作火箭燃料。1987 年我國在北京順義建成投產(chǎn)第一座年產(chǎn)萬噸的甲醇汽油廠，甲醇汽油由 50%的汽油、 40％的甲醇和 10％的添加劑組成。 2020 年我國汽車用 “高比例甲醇汽油 ”的研制和應(yīng)用也取得成果，并通過鑒定。使用這種燃料，汽車發(fā)動機(jī)無需改裝，燃料辛烷值高， 造成空氣污染遠(yuǎn)比柴油、汽油要小，尾氣排放一氧化碳、碳?xì)浠衔锉仁褂闷蜁r的排放量要減少８０％以上，在炎夏氣候使用，汽車油路不會發(fā)生 “氣堵 ”現(xiàn)象，該項(xiàng)科技成果對緩解我國燃油短缺，促進(jìn)煤炭深加工和環(huán)境保護(hù)有重要意義。 圖 2 煤基甲醇生產(chǎn) 工藝 資料來源：世經(jīng)未來資料庫 （二）煤基二甲醚燃料 二甲醚（ Dimethylether）又稱甲醚，分子式是 CH3OCH3，簡稱 DME，是一種無色氣體，具有輕微的醚香味，室溫下的蒸氣壓力約為 ，與液化石油氣的物理性質(zhì)很相似。二甲醚具有惰性、無腐蝕性、無致 癌性、幾乎無毒，在空氣中長期曝露不會形成過氧化物的特質(zhì)。二甲醚的飽和蒸氣壓低于液化氣，儲存運(yùn)輸比液化石油氣更安全，并且燃燒性能好，熱效率高，燃燒過程中無殘渣，無黑煙，一氧化碳和一氧化氮的排量低，屬于超清潔能源。二甲醚還可摻入石油液化氣和煤氣或 天然氣混燒并能提高熱量，純度大于 95％的二甲醚可直接作為替代液化氣的燃料使用。二甲醚的十六烷值大于 55，高于柴油，可作為理想的柴油替代品。 作為一種理想的清潔燃料，二甲醚燃燒充分，無殘渣，碳煙的排放量也為零，據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)檢測結(jié)果， DME 的常規(guī)排放量還不到為天然氣、 LPG 的常規(guī)排放總量的 1/4。二甲醚是適合我國能源結(jié)構(gòu)的替代燃料，可以全面應(yīng)用于汽車燃料、民用燃?xì)?，從而使高油價以及 環(huán)保 方面的矛盾得到緩解。特別值得一提的是，二甲醚可以用高硫煤、劣質(zhì)煤和低熱量的褐煤，或是報廢的礦井進(jìn)行地下氣化為原料進(jìn)行間接生產(chǎn)。 目前，二甲醚主要以甲醇為原料獲得，氣化采煤 技術(shù) 可以獲得大量的甲醇，為二甲醚的制造，提供充足的原材料。此舉將能夠最大限度地提高煤炭資源的綜合利用率，尤其適合我國這樣煤炭資源在能源總量中占 85%以上，水能占 12%，石油和天然氣只占 23%的國家。 預(yù)計 2020 年柴油消耗量 將達(dá)到 億噸左右，國內(nèi)石油生產(chǎn)已無法滿足需要，每年要花大量外匯進(jìn)口石油和成品柴油，這將威脅國家能源安全。因此未來幾年應(yīng)該大力推進(jìn)煤氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，發(fā)展 “甲醇 二甲醚燃料 ”路線。國家發(fā)改委鼓勵適當(dāng)開發(fā)煤基二甲醚，已成為未來大力發(fā)展煤 化工 產(chǎn)業(yè)以減輕對石油依賴的一個重要方向，同時也是規(guī)避甲醇市場飽和風(fēng)險的一個重要手段。 二、國外煤基醇醚燃料發(fā)展情況 （一）煤基甲醇燃料發(fā)展情況 作為甲醇燃料的主要形式，甲醇汽油開發(fā)及應(yīng)用在國外開始于二十世紀(jì) 70 年代的第二次石油危機(jī)，從替代能源的角度考慮，德國、 美國 、日本等國先后投 入了人力、物力進(jìn)行甲醇燃料及甲醇汽車配套技術(shù)的 研究 開發(fā)。在 7080 年代期間，德國就推出了甲醇汽車，德國大眾汽車公司還在 中國 推出 M100 甲醇汽車示范車。美國重點(diǎn)開發(fā) M8 M100 專用甲醇燃料汽車。美國福特公司還開發(fā)了可使用甲醇與汽油以任意比例混合的燃料的靈活燃料汽車（ FFV），這種車由燃料傳感器識別成分，通過電腦提供發(fā)動機(jī)最佳運(yùn)行參數(shù)，這樣就不會受到加油站限制。 上個世紀(jì) 80 年代至 90 年代末，美國大力推廣靈活燃料汽車，使用甲醇來代替汽油和柴油，取得了比較大的成果。全美國 20 多個州全面推廣 M85 甲醇靈活燃料 汽車和 M15 甲醇汽油， 1993 年當(dāng)年全美國汽車消耗甲醉 1200 萬噸（節(jié)約代用汽油約 750萬噸），達(dá)到相當(dāng)規(guī)模。 1998 年全美國 18 個大型甲醇生產(chǎn)工廠共生產(chǎn)甲醇 20 億加侖（約 600 萬噸），比我國當(dāng)時的甲醇年產(chǎn)量高出 50%。當(dāng)時美國的通用、福特、克萊斯勒三大汽車公司都相繼開發(fā)出了 FFV 甲醇靈活燃料汽車，并在美國的許多州推廣。 （二）煤基二甲醚燃料發(fā)展情況 目前，日本對二甲醚生產(chǎn)和應(yīng)用最積極。這源自于二甲醚生產(chǎn)、儲運(yùn)和應(yīng)用三個環(huán)節(jié)綜合考慮的結(jié)果。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，二甲醚技術(shù)為經(jīng)濟(jì)開發(fā)難運(yùn)輸?shù)奶烊粴赓Y源提供了可能。為此， 日本啟動了天然氣合成油、天然氣水合物和二甲醚這三種技術(shù)研究項(xiàng)目 。在儲運(yùn)環(huán)節(jié)，日本現(xiàn)有的 36 個沿海 LPG 接收設(shè)施可方便地接收二甲醚。在應(yīng)用環(huán)節(jié)，二甲醚能滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。東京限制柴油車尾氣排放的環(huán)保條例，推進(jìn)了柴油車新型替代燃料開發(fā)，二甲醚成為首選之一。 日本已將二甲醚定位于大規(guī)模應(yīng)用的替代燃料，大力推動使之發(fā)展成為 標(biāo)準(zhǔn) 燃料。2020 年，日本專門組建了二甲醚 論壇 ，以推動二甲醚技術(shù)進(jìn)步和市場開發(fā)，從標(biāo)準(zhǔn)燃料出發(fā)，對二甲醚在生產(chǎn)、運(yùn)輸、配送和應(yīng)用各階段可能出現(xiàn)的問題開展研究，通過制定標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)來確保使用安全 ，并使其環(huán)保特性得以充分發(fā)揮。日本正在研究以煤炭為原料生產(chǎn)二甲醚，曾與中國相關(guān) 企業(yè) 和機(jī)構(gòu)進(jìn)行過一些接觸。 過去數(shù)年來，日本開展了一系列二甲醚生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)研發(fā)示范項(xiàng)目。日本鋼鐵 工程集團(tuán)公司 “一步法 ”二甲醚生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)和示范；日本石油天然氣金屬國家公司、日立、三菱重工等大型企業(yè)聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目，涉及以二甲醚為燃料的發(fā)電、交通和氫燃料電池領(lǐng)域；日本政府部門資助的二甲醚集中或分散式發(fā)電 系統(tǒng) 、重整制氫及燃料電池系統(tǒng)研究項(xiàng)目，二甲醚汽車研發(fā)和道路行車試驗(yàn)項(xiàng)目等。 歐美國家對二甲醚的研究，主要是由大型汽車和石油天然氣企業(yè)發(fā) 起的，政府方面尚未制定大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用二甲醚的計劃。 BP 公司為了不斷開發(fā)天然氣資源、拓展天然氣及其衍生產(chǎn)品新市場，制定了把難運(yùn)輸?shù)奶烊粴饩偷剞D(zhuǎn)化為多種易于儲運(yùn)、附加值更高的液體燃料和化學(xué)品的技術(shù)產(chǎn)品路線，二甲醚是其重要選擇之一。美國空氣化學(xué)品公司和丹麥托普索公司都探索過二甲醚 “一步法 ”生產(chǎn)工藝，并建立了示范 裝置 ，但仍未攻克 “一步法 ”生產(chǎn)裝置的連續(xù)運(yùn)行問題。 三、國內(nèi)煤基醇醚燃料發(fā)展情況 （一）煤基甲醇燃料發(fā)展情況 我國對甲醇燃料的研究起步于二十世紀(jì) 70年代初期， “ 六五 ” 期間，國家科委與交通部、山西省共同組織 ，在山西省進(jìn)行了 M15M25甲醇燃料的研究實(shí)驗(yàn)，共有 480輛貨車參與了試驗(yàn)及示范工作。在此期間建設(shè)了 5個甲醇燃料加注站，并加入適量雜醇等助劑，在解決甲醇燃料的使用與汽油的相溶性方面積累了許多經(jīng)驗(yàn)。 “ 七五 ” 期間，由國家科委組織，中國科學(xué)院牽頭并由大專院校、汽車、環(huán)境、衛(wèi)生等 6部門參加組成了攻關(guān)組，重點(diǎn)對 492發(fā)動機(jī)進(jìn)行了扭距、熱效率和尾氣排放等技術(shù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并且有 3輛車參與了路試，各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)均取得了較滿意的效果。進(jìn)入 “ 八五 ” ，由國家科委組織有關(guān)大專院校、石油、化工、煤炭、汽車、環(huán)境、衛(wèi)生等 8個 單位，與德國大眾汽車公司合作，共同進(jìn)行高比例甲醇發(fā)動機(jī)和汽車的試驗(yàn)研究，先后共有 14 輛桑塔納轎車參與了路試，其中有 8 輛車在北京累計行駛約 150 萬 km，并建成甲醇燃料加注站 1個，目前仍有 3 輛甲醇汽車在運(yùn)行，單車行駛最長里程超過了 22萬 km，運(yùn)行車輛性能良好。在此期間，還對德國大眾公司的靈活燃料發(fā)動機(jī)進(jìn)行了全面試驗(yàn)。對于低比例甲醇燃料的開發(fā)應(yīng)用開展得也比較早，四川省從 1980年起開始在汽油中加注低比例甲醇燃料，到目前有客車、卡車和小轎車近千輛在使用，實(shí)際運(yùn)營情況良好，未發(fā)現(xiàn)重大技術(shù)問題。 山西省甲醇燃料產(chǎn)業(yè)化示 范運(yùn)行及技術(shù)測定已進(jìn)行了 8年，醇醚燃料及清潔汽車已完全突破技術(shù)關(guān)，特別是以 15％的比例將甲醇摻入汽油中燃燒，無任何技術(shù)和環(huán)保問題，也不用改造發(fā)動機(jī)，加注燃料也不受地域限制。 2020 年山西省在太原、陽泉、臨汾、晉城等 4 個城市進(jìn)行了甲醇汽油產(chǎn)業(yè)化示范推廣。到今年 3月底，中石化山西分公司所屬各試點(diǎn)城市石油公司已新建和改建了 100座加油站銷售甲醇汽柴油。山西佳新公司生產(chǎn)的 M85－ M100甲醇燃料公交車和城際公交車先后在陽泉、太原至?xí)x中等地投入運(yùn)營；大同云崗汽車集團(tuán)公司全甲醇燃料裝置在省內(nèi)外改裝在用車的數(shù)量已達(dá) 1000輛，年燃用甲醇 1萬多噸。全省累計使用甲醇汽油的機(jī)動車達(dá)到了近 50萬輛次，涉及近 50種車型，共消耗甲醇汽油 12192噸，使用變性甲醇 1836噸。 經(jīng)過多年的研究開發(fā)，我國在甲醇燃料的開發(fā)及應(yīng)用方面已具有了一定基礎(chǔ)，在汽油中摻入5％、 15％、 25％和 85％的甲醇及用純甲醇（ 100％）作為汽車燃料的試驗(yàn)研究方面已進(jìn)行大量實(shí)質(zhì)性工作，特別是低比例摻燒甲醇，汽車無需做任何改動，可直接摻人汽油中使用。 （二）煤基二甲醚燃料發(fā)展情況 我國二甲醚研究開發(fā)起步較晚，但發(fā)展很快。近兩年，國內(nèi)二甲醚生產(chǎn)能力增加，一些大規(guī)模工業(yè) 化生產(chǎn)項(xiàng)目正在醞釀中。從企業(yè)投資方向來看，二甲醚作為民用和車用替代燃料等的勢頭正旺。 在作為替代民用燃料方面，中科院山西煤化所等單位開展的二甲醚灶具開發(fā)工作，與傳統(tǒng)的液化石油氣灶相比，改動工作量和難度都很小，推廣應(yīng)用已不是問題。專家認(rèn)為二甲醚價格低于每噸 3000元時，在經(jīng)濟(jì)性上可與液化石油氣競爭。 在作為車用替代燃料方面，西安和上海交通大學(xué)分別于 2020年、 2020年研制出二甲醚燃料中型和大型客車，尾氣排放均滿足歐 III 標(biāo)準(zhǔn)。最近，上海市計劃在 2020 年世博會之前制造并投運(yùn) 30輛二甲醚公交車作為示范。 在生 產(chǎn)方面，山東久泰公司開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 “ 液相法復(fù)合酸脫水催化生產(chǎn)二甲醚 ” 生產(chǎn)工藝，用于年產(chǎn) 3萬噸的試驗(yàn)裝置，生產(chǎn)工藝技術(shù)基本成熟，產(chǎn)品成本在每噸 3000元以內(nèi)，山東省科技廳組織的鑒定認(rèn)為該技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。 2020 年 5 月，上海新奧九環(huán)車用燃?xì)夤揪团c上海市經(jīng)委聯(lián)手，建成了世界第一座商業(yè)運(yùn)營的車用二甲醚加注站。 到目前為止，我國在二甲醚生產(chǎn)、儲運(yùn)、應(yīng)用方面已開展了部分研發(fā)工作，并取得一定成果。但總體來看，二甲醚的研發(fā)主要是企業(yè)和科研單位的孤立行動，缺乏國家總體部署和統(tǒng)一指導(dǎo)，以及系統(tǒng)的、扎實(shí)的研究與 應(yīng)用基礎(chǔ)。 四、中國發(fā)展煤基醇醚燃料的意義 大力發(fā)展煤基醇醚燃料具有重要意義： 第一、醇醚燃料是石油的非常好的替代性產(chǎn)品。我國是一個缺油、少氣、相對富煤的國家。目前我國的石油供應(yīng)日益緊缺，許多大型油田都進(jìn)入了油田的衰退期，比如大慶已經(jīng)從年產(chǎn)5000萬噸原油下降為 4200萬噸左右。同時，國際上對于油氣資源的爭奪也日益激烈，日本便與中國爭奪俄羅斯的原油供應(yīng)。從國家的能源安全的角度看，使用醇醚燃料也是非常明智的選擇。制造甲醇，既可以天然氣為原料，也可以煤為原料，其制造技術(shù)早已成熟，我國低壓法工藝已達(dá)到國際先進(jìn)水平 。與煤相比，用天然氣制造甲醇投資省、工藝簡單，而且資源豐富。因此，在煤炭清潔轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)上大力發(fā)展煤基醇醚燃料應(yīng)該是能源替代戰(zhàn)略的現(xiàn)實(shí)選擇。 第二、醇醚燃料是優(yōu)質(zhì)的汽車工業(yè)燃料。醇醚燃料作為汽車工業(yè)的燃料開始于上個世紀(jì) 70年代石油危機(jī)以后，醇醚燃料與石油在汽車工業(yè)上具有完全的替代性。甲醇燃料是理化性能接近汽柴油的液體燃料，使用方便，辛烷值高，相當(dāng)于 112號汽油，蒸氣潛熱大；二甲醚的燃油性能和機(jī)械性能好，爆發(fā)力大。二者均能滿足并提高發(fā)動機(jī)的熱效率和功率。 第三、醇醚燃料最大的特點(diǎn)是清潔環(huán)保。甲醇燃燒后主要形成水和 二氧化碳，排放的氮?dú)饣衔镞h(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽柴油，尾氣中常規(guī)排放的一氧化碳、碳化氫均比汽柴油低 30%以上。二甲醚燃料尾氣排放中的一氧化碳、碳化氫比汽油分別低 55％和 86％，是國際公認(rèn)的 超清潔替代燃料 。尤其是利用高琉劣質(zhì)煤和煉焦時排放的煤氣制甲醇，能夠?qū)崿F(xiàn)資源的綜合利用和保護(hù)環(huán)境的雙重目的。 第四、與煤液化相比使用醇醚燃料具有明顯的成本優(yōu)勢。煉制一噸甲醇需要消耗 噸煤，而直接液化煤得到制油需要消耗煤炭 ，間接液化需要消耗煤