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关于加快改性甲醇燃料推广应用的建议

时间:2021-12-06 20:12:02 来源:中国政策科学研究会 作者: 点击数:240

甲醇改性技术是我国具有自主知识产权的颠覆式技术。改性甲醇燃料由甲醇经改性技术处理而成,既利用了甲醇优势,又克服了甲醇腐蚀性、溶胀性和实用性差等问题,技术可行、经济性强、减排显著,具备大规模应用条件。加快改性甲醇燃料推广应用,即期可迅速增加 1.5—2 亿吨燃油破解石油断供风险,“十四五”期间可形成 5 亿吨产能、3 万亿元规模的改性甲醇产业,远期可用光电制氢与大气二氧化碳合成甲醇,构建起立足国内、经济安全、绿色低碳的能源供给体系,形成经济增长新动能,缓解经济下行压力,可谓一举多得。建议予以高度重视,采取强力措施尽快推进。


一、改性甲醇燃料为国家实施替代石油战略创造了条件

我国是世界第一能源消费大国,具有化石能源缺油少气富煤、可再生风光资源丰富的特点,2018 年石油进口 4.6 亿吨,对外依存度 70.6%,其中约一半左右从伊朗等中东高风险地区进口,石油面临随时断供风险,成为经济社会发展的软肋,实施替代石油战略是必然的选择,也是关系国家安全的大事。

(一)甲醇是替代石油的必然选择。替代石油的路径有多条:甲醇、乙醇、电和氢以及煤制油均可供选择。乙醇由粮食或植物提取,与人争粮、与粮争地的特点限制了规模化应用。发展电和氢能车目前工作力度很大,但成本高、产业化推广尚待时日。煤制油不论直接液化还是间接液化,均存在成本较高问题。甲醇原料来源广泛、资源有保障,当前可通过煤炭、农村秸秆、煤层气、化工废气为原料生产,今后还可利用风光能制氢与大气二氧化碳合成生产甲醇。因此,甲醇是较为可行的替代石油途径。

(二)甲醇燃料推广存在的技术障碍限制了规模化应用。甲醇替代石油受到高度重视,但甲醇应用存在的技术性障碍制约其大规模推广应用。这些障碍主要有三点:一是溶胀性。甲醇是小分子极性化合物,塑胶是高分子聚合物,大分子间隙较大,按相似相容原理,小分子进入大分子形成溶胀,使塑胶硬化龟裂。二是腐蚀性。甲醇氧化产生甲酫,甲酫继续氧化产生甲酸(蚁酸),甲酸为強酸,对金属材料腐蚀性很强。三是冷启动难。甲醇闪点 12 度,汽油闪点为-40 度左右,加之甲醇的蒸汽压低、为 32KPa 左右,因此甲醇在气温摄氏 0 度左右汽车很难启动。四是热值低。甲醇分子式为 CH3OH,燃烧热值低于汽油。甲醇的上述特性制约了规模化应用。

(三)改性甲醇是实现甲醇大规模推广应用的现实选择。针对甲醇推广的技术性障碍,目前采取了四种推广策略:策略一是甲醇低比例掺入汽柴油方案。一般将甲醇按 15%的比例直接加入现有汽柴油,对此国家已有 M15 标准。策略二是改装甲醇车方案。改装汽车柴油车以适应甲醇的副作用,可以直接使用 100%(M100)甲醇燃油。策略三是甲醇制氢用于氢动能车方案。在燃氢动能车上加装甲醇制氢装置,以100%甲醇为原料。策略四是改变甲醇特性方案。通过科技手段改变甲醇理化特性,消除甲醇副作用,使得现有汽柴油车可直接使用改性甲醇燃油,也可替代煤炭作为锅炉、窑炉、炉灶燃料。

上面前三个策略是工信部等单位大力推进的工作,已在山西、陕西、贵州等地开展试点并取得了一定成效,但解决不了 3.4 亿辆存量机动车甲醇替代汽柴油问题,也不能替代锅炉、窑炉、炉灶燃煤,难以实现大规模推广甲醇的目的。显然,策略四即改性甲醇策略是甲醇大规模推广应用的必然选择,但这条技术路线国家层面重视不够,所幸有一批民营企业家孜孜不倦摸索,已经开发出了具有自主知识产权、可推广应用的改性甲醇技术。

(四)改性甲醇的技术机理。据调查,改性甲醇的机理是:改性剂在改性甲醇燃料中形成活性保护膜,使甲醇分子难以进入大分子内,从而克服甲醇溶胀性问题;改性剂与甲酸起中合反应,改变甲酸性质,并能中断甲醇氧化反应产生甲酸,从而克服腐蚀性问题;改性剂与甲醇融合大幅降低混合液体的闪点,并使混合液体的蒸汽压达到 50—70KPa,使其在摄氏负 20 度以下也能正常启动,解决了低温启动难问题。

可见,甲醇改性后实际上与汽柴油特性几乎一样,因此可以与现有汽柴油无限兼容,是能大规模推广甲醇燃料替代石油和煤炭的有效途径,值得高度重视和大力推广。


二、改性甲醇技术具备大规模推广条件

调研发现,目前已经研发成功的改性甲醇技术至少有两个:一是厦门寇佳,二是重庆邑丰,均有 20 多年的研发历史和 10 来年的试验示范经验。改性甲醇燃料由甲醇、改性剂和增热剂三部分组成,寇佳技术甲醇改性甲醇汽油甲醇占50%、增热剂占 47%、改性剂占 3%;邑丰技术甲醇占 90%、增热剂占 5%、改性剂占 5%。两个技术路线均克服了甲醇溶胀性、腐蚀性和冷启动难等问题,同时还具有以下特点。

(一)生产技术成熟。改性甲醇燃料所需装备均是成熟设备,并可以规模化生产。甲醇生产的关键设备是高温汽化炉,国产“晋华炉”在山西试验成功,可以为大规模煤化工生产甲醇提供关键装备。邑丰的增热剂和改性剂原料均取自市场上能够购买的化工原料,调配改性甲醇的设备可以规模化生产。寇佳增热剂所需的煤化工组分可在市场上采购,改性剂由秸秆等生物质原料经高温热解成熟装备获取。

(二)经济性较强。寇佳改性甲醇按照 M50 改性甲醇燃料配比(50%甲醇 + 47%烯烃、芳烃、溶剂油、液蜡油等煤化工组份增热剂 + 3%甲醇改性剂),根据目前市场价格,一吨生产成本在 3000 元左右,加上各种税费 2000 元左右,寇佳 M50 改性甲醇燃料成本可控制在 5000 元/吨。邑丰改性甲醇,按照 M90 配比(90%甲醇 + 5%增热剂+5%甲醇改性剂),根据目前市场价格,一吨生产成本在 2500 元左右,加上各种税费 2000 元左右,邑丰 M90 改性甲醇燃料成本可控制在 4500 元/吨。两种技术生产的改性甲醇燃料均低于 7000元/吨左右的汽柴油价格。

(三)完成了工业化试验和初期推广。寇佳改性甲醇燃料自开发成功十多年来,已在福建试验和应用多年,共有 40万余台次车辆使用,用户反应良好。目前在河北威县试验示范,着力推进农村、学校、医院煤改甲醇炊事和冬季取暖,公务用车、私家车和大货车也在加注改性甲醇汽柴油。邑丰改性甲醇也已经研发成功 10 多年,2012 年开始在贵州铜仁使用,目前在重庆丰都示范基地进行推广,取得了很好成绩。

(四)技术先进性得到专家认可。寇佳改性甲醇的先进性得到了何光远、谢克昌、张玉卓、徐锭明、倪维斗、白荣春等行业专家的充分肯定,认为技术先进、经济合理、减排显著,为我国甲醇燃料大规模推广提供了一个重要技术手段。邑丰改性甲醇汽油的先进性也经过了专家论证,并通过国家级汽车检测中心台架实验验证。


三、加快改性甲醇燃料应用意义重大、时间紧迫

改性甲醇燃料的推广应用可以采取“试点先行、以点带面、逐步推广”的思路实施。第一步,以京津冀、山西、陕西、内蒙等地为重点,通过调动产能增加产量和增加从俄罗斯进口等方式,尽快生产 1.5—2 亿吨改性甲醇燃料,利用改性甲醇燃料替代汽柴油、替代农村炉灶燃煤、替代工业窑炉锅炉燃煤等。第二步,从今年开始新扩建一批大型煤化工项目,争取在“十四五”期间形成 5 亿吨改性甲醇燃料生产能力并在全国范围推广,基本上替代石油进口。第三步,加快二氧化碳捕捉技术、风光能制氢技术以及二氧化碳与氢合成甲醇技术的科技攻关,条件成熟后加快产业化应用,构建起清洁低碳、安全可靠、经济性强的改性甲醇供给体系。实施上述战略,意义十分重大。

(一)有利于规避石油断供风险。加快改性甲醇燃料推广应用,可以有效弥补因中东局势紧张可能引发的石油供给缺口。从国际地缘政治角度看,减少对外石油依赖可改变因石油进口受制于人局面,增强外交主动权。从军事角度看,可避免为石油保供与美武装对峙、引发战争的风险。

(二)有利于消除大气污染。雾霾等大气污染的原因:一是汽柴油车尾气污染,二是工业、供热燃煤污染,三是民用炉灶散煤燃烧污染。改性甲醇燃料用于汽车柴油车其尾气排放可达到国六标准,用于工业锅炉、窑炉和居民炉灶几乎不排放二氧化硫和粉尘,氮氧化合物可降低 80%以上。因此,大规模推广改性甲醇燃料可以从根本上消除城市空气污染源,成为打赢蓝天保卫战的关键措施。

(三)有利于优化能源结构。近期,加快改性甲醇燃料推广应用,不仅可立足国内煤炭资源满足能源需求,还可促进煤炭从直接燃烧使用转变为煤制甲醇的清洁化利用,实现煤炭生产和消费结构质的提升。远期,随着风光发电制氢和从空气中捕捉二氧化碳技术成熟后,甲醇可立足风光可再生能源制取,成为永不枯竭的“阳光能源”。可见,实施改性甲醇替代石油战略,是我国构筑立足国内资源、本质供给安全、清洁高效经济能源体系的重要举措。

(四)有利于发展新兴产业。加快改性甲醇燃料推广应用,将逐步减少近 4.6 亿吨石油进口,除每年减少 2000 多亿美元支出以外,还将带动煤炭行业转型升级,形成 5 万亿元以上改性甲醇产业规模,增加 200 万人就业,成为经济发展新动能。同时,甲醇产业规模化发展还将带来醇基化工成本下降,促进化工建材替代金属材料,化工建材可望成为又一新兴产业。

调研发现,改性甲醇燃料在推广应用中遇到了不少障碍。一是重视不够。改性甲醇燃料的主要成分是甲醇,甲醇作为新能源在国家能源战略中的地位还没有明确,改性甲醇燃料尽管克服了甲醇的副作用,但也难以推广应用。二是市场准入难。我国对炼油项目实行严格的项目管理制度。由于甲醇项目在国家层面没有得到充分认可,改性甲醇燃料项目建设和生产经营障碍重重、难以落地。三是国家标准缺乏。改性甲醇燃料虽然有企业标准和团体标准,但暂无国家标准,制约了在全国范围推广。四是实施主体弱。改性甲醇燃料技术主要由项目发明人为主的民营企业负责推广,显得势单力薄,力度不够,举步维艰。


四、几点建议

加快改性甲醇燃料推广应用是关系全局的大事,应当采取强力措施加快实施。具体建议如下:

(一)加强统筹协调。建议以国家发改委为主建立协调机制,在市场准入、政策制定、市场监管、技术标准等方面加强统筹协调,将改性甲醇燃料纳入液体能源范畴,制定发展战略、规划和支持政策,加快推广应用。

(二)允许市场准入。建议允许具有甲醇和汽柴油存储资质的企业可办理改性甲醇燃料生产许可。鼓励改性甲醇燃料进入市场,允许各地生产销售改性甲醇燃料和醇基液体燃料,依法要求石油销售企业将符合标准的改性甲醇燃料纳入其销售体系。

(三)加快标准制定。建议完善改性甲醇燃料企业标准和行业标准,尽快上升为国家标准,为在全国各地推广创造条件。有关部门应制定改性甲醇燃料强制性产品标准。

(四)加强科技研发。建议将改性甲醇相关技术列为国家财政支持的科技攻关项目,深化改性甲醇技术研发,开发出不同用途改性甲醇燃料。加强与北欧国家合作,共同研究大气二氧化碳捕捉技术以及碳氢合成甲醇技术,争取尽快推广应用。

(五)推广阻隔防爆加注装置。橇装式阻隔防爆加注装置获得国安监总局等四部委推荐。建议允许具备条件的企业在道路旁、城市绿化带、社区、农村人员密集区安装橇装式阻隔防爆加注装置,销售改性甲醇燃料。

(六)组建中国改性甲醇科技集团。鼓励企业参与改性甲醇燃料项目的推广应用。允许国有能源企业与改性甲醇燃料技术企业合资组建中国改性甲醇科技有限责任公司,成为推广应用改性甲醇燃料企业主体,按照现代企业制度规范运营,加快改性甲醇燃料推广应用。


中国政策科学研究会课题组


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