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生物燃料 石油替代的一道亮丽风景

来源:中油网
摘要:世界石油等化石燃料供应的短缺,天然气和其他原料价格的上扬,以及对温室气体减排的要求,已迫使人们转向可再生能源,关注生物燃料的发展前景。日益苛刻的环保法规推动车用燃料质量的发展,人们在积极探寻清洁汽、柴油燃料生产新工艺的同时,也在努力开发和利用矿物替代燃料,其中经济型好、对大气污染小的生物燃料倍受青......

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  世界石油等化石燃料供应的短缺,天然气和其他原料价格的上扬,以及对温室气体减排的要求,已迫使人们转向可再生能源,关注生物燃料的发展前景。日益苛刻的环保法规推动车用燃料质量的发展,人们在积极探寻清洁汽、柴油燃料生产新工艺的同时,也在努力开发和利用矿物替代燃料,其中经济型好、对大气污染小的生物燃料倍受青睐。



  一、生物炼油厂脱颖而出



  “生物炼油厂”将迎面而至。现代化、高度一体化的石油炼油厂是50多年来发展的结果,而据预测,发展生物炼油厂不需要50年。生物炼油厂的概念已超越了生产单一燃料的概念,即从大豆油生产生物柴油(欧洲正在快速增长)或从谷物生产生物二醇(美国正在快速增长)。实际的生物炼油厂像石油炼油厂一样,是一体化的联合工厂,它可从各种原料生产大量产品。这意味着,可从所有生物质生产许多有用的化学品,而不只是从谷物,更可利用谷物外壳和其他农业残余物来生产。



  杜邦公司、卡吉尔一陶氏公司、Deere公司、Diversa公司、密歇根国立大学和美国可再生能源实验室组成的集团接受美国能源部资助,正在开发生物炼油厂,将采用由农业产品衍生的糖类生产化学品。其魅力是谷物价格相对保持稳定,而烃类原材料价格在上涨,所生产的产品如卡吉尔公司的聚乳酸可与化石燃料生产的聚合物相竞争。



  美国能源部(DOE)已制定了2010年以农作物为原料的大规模一体化生物炼油厂发展计划。DOE已规划到2030年,生物质占美国发电量的5%、运输燃料的20%和化学品生产量的25%。目标实现后,将相当于现有石油消费量的30%。



  生物炼油厂不能只依赖于单一的原料,因为会遭遇不可预见的价格上涨的风险。例如巴西利用廉价的糖类发酵生产乙醇,但在欧美,糖类价格基本上随油、气价格而波动。因此从农业残余物生产化学品,尤其是乙醇就显得更为有意义,一个重要的进展是,2004年4月,加拿大Iogen公司成为大规模从纤维素生产乙醇的第一家公司。在该公司的验证工厂中,使用酶使小麦秸秆转化为糖类,继而再通过发酵转化成乙醇。



  2006年1月,Iogen公司、荷兰壳牌公司和德国大众公司开始联合研究,在德国验证生产纤维素乙醇的可行性。



  2005年8月,美国Abengoa生物能源公司开始建设第一套工业化装置以验证其专有的生物质制乙醇工艺技术。当该装置于2006年底投产时,将加工70吨/天农业残余物,如小麦秸秆,可生产500万升/年以上的燃料级乙醇。该装置位于西班牙Babilafuente的BcyLCereal乙醇装置附近,当地已用谷物生产1.98亿升/年乙醇。将生物质乙醇生产与谷物乙醇装置组合成一体化,可使该生物质装置的投资和操作成本大大节约。



  比利时索尔维公司推进一体化生物炼油厂的又一步骤是将建设从甘油生产环氧氯丙烷的装置。这种途径不仅可避免常规途径所需使用的原料丙烯,而且进入新建的1万吨/年装置的甘油进料是从大豆油生产生物柴油的副产物。



  2006年2月,美国能源部承诺在今后3年内资助1.6亿美元在美国建设三座生物炼油厂,此项资金是美国总统布什发布的生物燃料指令的一部分,该指令在于使用非食品基生物质生产运输燃料。该指令目标之一是到2012年使生产纤维素乙醇具有可竞争性的成本。



  二、生物燃料发展动向



  生物燃料市场正在快速发展之中,截至2005年,世界生产量超过67万桶/天,仅相当全球运输燃料市场1%。但是,自2001年至今产量翻了一番。随着燃料价格的上扬和各国政府的鼎力支撑,生物燃料产业将继续强劲增长。



  巴西是世界上领先的生物燃料生产国,其甘蔗作物的一半用于生产该国非柴油运输燃料的40%以上。在美国,谷物作物的15%用于生产非柴油运输燃料的约2%,乙醇生产以更快的速度在增长。2006年美国这一增长态势将超过巴西成为世界生物燃料的领先生产国。据估算,巴西和美国现生产的乙醇已低于目前的汽油成本。    



  



  世界瞭望学会称,采用新技术后,在今后25年内生物燃料可望占美国运输燃料的37%,如果汽车燃料经济性翻一番,则占运输混料比例可提高到75%;欧盟使用生物燃料也可望替代20%-30%的石油。   



  另外,也应注意,如果不能很好地加以管理,生物燃料也可能引发一些问题。例如,由于将作物去生产燃料,生物燃料的增长可能会驱使食品价格上扬。但美国谷物发展协会认为不存在这一问题,美国过剩24亿薄式耳(1蒲式耳=35.238升)的谷物,相当于可生产超过60亿加仑的乙醇,超过2006年计划生产的乙醇总量。据预测,美国谷物生产商到2015年将可生产150亿蒲式耳的谷物,这意味着至少可生产160亿加仑乙醇,超过美国燃料需求量的10%,并且仍可满足所有其他市场对谷物的需求。    



  美国2005年新颁布的能源法要求继续增加使用可再生燃料。确定的可再生燃料用量将为:2006年40亿加仑/年、2007年47亿加仑/年、2008年54亿加仑/年、2009年61亿加仑/年、2010年68亿加仑/年、2011年74亿加仑/年和2012年75亿加仑/年。可再生燃料包括由谷物、纤维素生产的乙醇,以及生物柴油。可再生燃料标准(RFS)要求到2013年生产纤维素乙醇2.5亿加仑/年。    



  BP公司在2006年的后10年内将投资5亿美元创建生物科学能源研发中心,并组建新的生物燃料业务部。BP公司也成为加入生物技术工业组织(BIO)的第一家大型能源公司,BIO是包括巴斯夫、杜邦、孟山都和先正达等农业生物技术公司在内的贸易集团。该研究中心将于2007年底开业,将致力于3个方面领域的研发:开发生物基燃料添加剂,并提高目前调入运输燃料中生物燃料的效率和灵活性;开发新的技术,以改进和提高有机物质转化为生物燃料的转化率;利用现代作物科学,开发能产生有较高能源产率的作物,并扩大不适合食品作物生产的土地。    



  一些其他的能源公司也衷情于生物燃料。雪佛龙公司最近与乔治亚技术研究院组建联盟,从生物质开发运输燃料。雪佛龙将于今后5年内在该联盟中投资1200万美元,集中研发以下范畴:从纤维素生产生物燃料;深入了解生物燃料原料的性质;开发用于生产高纯氢气的吸附剂。通过这一研发成果,开发的第二代加工技术将可使废弃产物转化成可再生的运输燃料,打开替代能源新阶段的大门。除组建这一联盟外,雪佛龙公司还于2006年投资4亿美元开发替代和可再生能源技术。  



  三、生物乙醇发展现状和前景    



  (一)世界发展现状和前景    



  生物乙醇将继续成为全球汽油市场的新秀,它在汽油供应市场上将起越来越大的作用。世界乙醇生产中,90%以上采用生物发酵法制取。  



  1.美国    



  随着炼制商实施禁用对地下水有污染的甲基叔丁基醚(MTBE),乙醇作为清洁燃烧汽油的调合组分,需求最近快速增长。据美国可再生燃料协会统计,截至2006年7月初,美国投运的乙醇装置已有101套,总年产能力为42.8亿加仑,并有34套新装置和7套扩建装置在建设中,将增加能力超过22.2亿加仑/年。    



  经过几年酝酿后.美国国会于2005年8月通过综合能源法,其中很重要的一项内容是可再生燃料标准(RFS)。RFS要求在汽油总组成中加入特定数目的可再生燃料,而且每年将有递增。美国可再生燃料需求将从2006年40亿加仑/年(占汽油总量约2.8%)增加到2012年75亿加仑/年,此后将保持2012年可再生燃料与全部汽油的比例。在RFS要求下,美国近50%的汽油将需要调合乙醇,典型调入量为10%。



美国生物能源公司在明尼苏达州靠近Waseca郡的Janesville建设乙醇装置,该装置将生产1亿加仑/年(约28万吨/年)乙醇和32万吨/年蒸馏釜粒料,加工3700万蒲式耳/年谷物。还有两套装置在建:美国生物Albert城市公司在Lowa的1亿加仑/年装置,以及美国生物Superior谷物公司在靠近Woodberry的4500万加仑的装置。    



  



  卡吉尔公司也在其Blair谷物加工联合企业建设1.1亿加仑/年乙醇装置,于2007年下半年建成。该项目将使卡吉尔在美国的乙醇能力翻番,达到2.3亿加仑/年。    



  另外,GEA集团子公司鲁齐公司为Panda能源公司建设生物乙醇装置,该装置将生产约1亿加仑/年生物乙醇,并利用生物气体副产物发电供给装置使用。    



  2.加拿大    



  加拿大享受乙醇免税政策,并支持发展生物燃料,作为温室气体减排计划的重要举措。指令要求:今后10年内,汽油中每年调合乙醇约1亿加仑。加拿大安大略省政府要求所有汽车至2007年1月1日起使用含5%的生物燃料。    



  3.欧洲    



  欧洲绝大多数的乙醇增长可望来自乙基叔丁基醚(ETBE)形式,已有好几套MTBE装置被转换生产ETBE,其他的装置转换加上少量新建的ETBE装置可望在2010年前完成,ETBE用量可望增加到215万-257万吨/年。今后10年内,乙醇消费(ETBE和乙醇直接调合)将达到约10亿加仑/年。鉴于东欧国家加入欧盟,为实现生物燃料目标的一致性,欧洲使用乙醇将进一步增加。    



  法国政府2006年3月宣布,计划投资10亿欧元(12亿美元)建设10套生物燃料装置,旨在到2008年生物燃料占燃料消费的比例达到5.75%、2010年占7%、2015年占10%。法国计划到2008年生物燃料能力翻两番,达到300万吨/年。包括Abengoa、Cristanol和Tereos在内的公司都将建设装置,建设地点包括Bazancourt、Lacq和Lillebonne。这些装置将采用包括谷物和甜莱在内的原料,生产生物柴油和生物乙醇。生物燃料研发中心也将建在LaRochelle。    



  4.巴西    



  巴西保持世界燃料乙醇生产和使用的领先地位,消费量达1073万吨/年,汽油将继续调合高达22%-24%乙醇。在巴西和美国,90%的乙醇都用作燃料。巴西目前有近400万辆以乙醇为燃料的汽车,乙醇的消费量已占到全国汽车燃料消费量的43%。乙醇用量与该国汽油需求量(2010年约增长7%)有关,该国政府正在鼓励发展E85(掺合85%乙醇)汽车,可望使其乙醇市场得到进一步拓展。    



  巴西现有320家乙醇生产厂,今后5年内还将增加50多家。为满足市场需求,巴西有关公司计划今后5年内投入约60亿美元建设新甘蔗种植园和乙醇工厂。最近巴西发布计划,要求今后10年内将使乙醇汽油推广到近50%的车队。今后10年内,乙醇消费量将增加到60亿加仑/年。    



  此外,巴西乙醇生产扩能,将增加向世界其他地区出口。预计在6-8年内,乙醇出口将从2005年的24.3亿升增加到60亿升。主要出口地区是日本和欧洲,目前和未来的客户包括委内瑞拉、尼日利亚、中国、韩国、印度和美国。    



  5.亚太其他国家    



  亚太地区燃料乙醇应用市场潜力大。鉴于有富足的农业以及面临的能源短缺问题,我国对燃料乙醇具有浓厚兴趣,一些推广计划已经启动。近期乙醇能力将达到4亿加仑/年,预期还将快速增长。我国潜在的乙醇市场将超过10亿加仑/年。  



  印度已有9个州和另外3个地区指令调合5%乙醇。日本也有限地推行乙醇计划,并着眼于ETBE应用方案。菲律宾政府通过法案,将用生物乙醇逐步替代汽油,作为交通运输燃料。这项生物乙醇计划将在全国供应的汽油中混入不少于5%的乙醇,而这一比例将在法案实施4年后提高到10%。泰国能源部已决定2007年在泰国禁用甲基叔丁基醚(MTBE),并决定2008年起,销售的91号汽油将掺入10%乙醇。



    预计10年内,全球燃料乙醇(包括使用ETBE)消费量将达到160亿-180亿加仑,虽然其总量占全球汽油需求量仍小于5%,但乙醇产量的增长将对汽油市场产生重要影晌。    



  



  (二)我国发展现状和前景    



  2005年我国推广车用乙醇汽油。除2004年2月已批准的黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省以外,湖北、山东、河北、江苏等也将进行乙醇汽油使用试点。随着辽宁省自2005年8月1日开始销售97号车用乙醇汽油,东北三省实现了全境全面封闭推广使用车用乙醇汽油。截至2005年10月中旬乙醇汽油销售总量已达426.46万吨。自2005年12月1日起,湖北省的武汉、黄石、孝感等9市也正式启用车用乙醇汽油,这是该省响应国家重大战略决策而采取的重要行动。  



  在“十五”期间,我国批准河南天冠、黑龙江华润、吉林燃料乙醇和安徽丰原四家企业加工燃料乙醇,设计产能为122万吨,到2005年7月为止已投产产能82万吨,2005年年底总产能超过设计产能。随着乙醇汽油、液化石油气、压缩天然气等替代能源的研究推广,到2020年,每年汽车耗油中将会有850万吨的汽柴油被这些燃料所替代,而乙醇汽油由于其广阔的推广前景和较为成熟的技术,将会占到近500万吨/年的份额。    



  逐步扩大和推广使用燃料乙醇是国家的一项政策。今后几年乙醇汽油的发展目标已经明确:按10%比例掺烧,燃料乙醇的总产量国家将控制在500万-700万吨。目前全国生产的燃料乙醇总量为102万吨,大约使用粮食400万吨,基本上使用陈化粮,2005年吉林省消化33万吨陈化粮;按照国家制定的全国燃料乙醇最高年产量500万-700万吨的消耗量计算,粮食使用量大致在1500万-2100万吨之间,只占全国粮食总产量5亿吨的5%左右。除去陈化粮,新粮使用量并不大。目前发展改革委正在考虑提请国家将原来对燃料乙醇的政府补贴改为税收支持,即免征每升燃料乙醇需要上缴的1元左右的税费,此办法可使每吨成本降低1200多元。    



  作为能源替代的一种尝试,车用乙醇汽油试点推广工作有效地缓解了能源紧张。乙醇汽油带动了大宗粮食深加工及相关产业的发展,实现农副产品的增值和转化。吉林燃料乙醇生产带动周边地区平均每吨玉米增收35元,按目前每户3人,每户耕地10亩产7吨玉米计算,平均每人年增收83元。有关资料显示,生产1吨燃料乙醇需要3.3吨玉米,目前玉米价格大致在每吨1300元左右,加上每吨600元左右的加工费,生产1吨燃料乙醇成本近5000元。燃料乙醇结算价比照90号汽油计算,大致在4000元/吨(含税),除税大约为3500元/吨,副产品玉米油、蛋白饲料和二氧化碳三类合计售价在700-900元/吨,加上目前的财政补贴,4家定点厂基本能够实现“保本微利”。“十五”期间建起的4家定点厂除了华润外,其余3家都与中石油或中石化合资。  



  随着国内汽油消费量的增加,现有燃料乙醇生产能力不能满足试点区域内的市场需要。2006年黑龙江燃料乙醇市场消费将达13万吨,吉林、辽宁市场将达33万吨,河南接近22万吨,比“十五”规划预计均有大幅增长。同时,提高现有省份车用乙醇汽油的掺烧比例,在柴油中混配燃料乙醇都在可行性研究范围之列。因此,“十一五”期间乙醇汽油生产企业范围将有所扩大。    



  作为我国惟一入选全球10个生物乙醇示范城市之一的河南省南阳市,将实施燃料乙醇项目。该项目将首批获得欧盟38万欧元的资金援助。南阳市将实施的燃料乙醇项目包括,组建一支100辆以上的灵活燃料示范车队(可以掺烧任何比例乙醇的汽车),开通一路使用纯乙醇的公共汽车,改建或新建与示范车队配套的灵活燃料加油站等。



    广西拟启动以木薯制取燃料乙醇计划,2007年下半年,广西全区所有加油站有望用上乙醇汽油,还计划供给云南、贵州、广东、港澳等地区。目前广西木薯的生产总量已达到每年750万-800万吨,木薯种植面积达400万亩,种植面积和产量都占全国的60%以上。通过科学种植使木薯的年生产量可达到2000万吨。每3.7吨木薯可加工1吨乙醇,木薯制燃料乙醇的潜力巨大。广西将建设以木薯为原料的100万吨燃料乙醇基地建设。一期20万吨燃料乙醇项目落户南宁沿海经济走廊开发区。    



  



  发展改革委发布报告称,2005年我国生物乙醇汽油的消费量已占全国汽油消费量的20%,我国也成为世界第三大生物燃料乙醇生产国。经中石油、中石化两大集团的共同努力,截至2006年6月,我国已形成燃料乙醇102万吨年生产能力、年混配1020万吨生物乙醇汽油的能力,乙醇汽油消费量已占全国汽油消费量的20%,目前,我国已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国。    



  2005年,国家委托中国汽车技术研究中心选择了排量从1.0L-3.0L的17个车型,进行了车辆性能验证研究。结论是使用燃料乙醇油耗、动力性变化不大,主要污染物排放浓度明显减少。试点期间,全国推广使用生物燃料乙醇129万吨,折原油645万吨。按当前国际原油市价65美元/桶计,直接节约进口原油用汇30亿美元;消化粮食412万吨,带动粮食产区玉米价格平均上涨0.1元/千克,稳定农民收益50亿元。此外,每年减少粮食仓储补贴3.32亿元和粮库投资23.24亿元。目前推广乙醇汽油遇到的关键问题是我国陈化粮数量有限,而用新粮成本过高。应适时将生物燃料乙醇的发展作为一个新兴产业来规划和推动,逐步由政府行政主导,转变为行政手段与市场机制相结合。  



    四、生物丁醇发展现状和前景    



  丁醇的优点是能以比乙醇高的浓度调入汽油中,而无需改造汽车,同时,它也比汽油-乙醇调合物具有较好的燃料经济性。    



  欧洲最大的石油公司BP公司与大型化工公司杜邦公司将联手开发、生产和销售新一代生物燃料丁醇,用作可再生的运输燃料。两家公司计划于2007年在英国市场上推出他们用作汽油组分的第一个产品:称为生物丁醇的正丁醇。BP和杜邦与英国食品联合会的成员英国糖业公司合作,将使英国以甜菜为原料的第一套乙醇发酵装置转产3万吨/年(900万加仑/年)丁醇。    



  杜邦公司加快与BP公司合作,两家公司将使用杜邦公司的科学和技术及其销售经验,将生物丁醇推向市场。正丁醇的化学结构使其与乙醇相比有几方面的优点,包括低蒸气压和在汽油调合物中耐水污染,使其有利于在现有的分配管网中使用。而乙醇易吸引水分子,并有腐蚀管线的倾向。这样,在它用于与汽油调合时,必须使用汽车槽车、铁路贮罐车或驳船,以相对较小的数量运送。下一阶段,杜邦正在开发工程性微生物,以用作新技术的催化剂,采用新技术可大大提高原料加工成燃料的转化率,提高发酵设施能达到的丁醇产率和浓度。    



  与乙醇一样,采用大量农业产品可生产丁醇。BP和杜邦可从谷物、小麦、甜菜、甘蔗或高梁制取生物了醇,从长期看,两家公司可望使用作物纤维素,如谷物秸秆来生产生物丁醇。  



  五、生物柴油发展现状和前景    



  (一)国外发展现状    



  世界各国生产生物柴油所用的原料不尽相同,美国使用大豆和动物脂肪,欧洲使用油菜籽和动物脂肪,日本使用动物脂肪,马来西亚使用椰子油籽,印度使用非食用植物油。欧洲和北美利用过剩的菜籽油和豆油为原料生产生物柴油获得推广应用。    



  欧盟最近发布了两项新的指令以推进生物燃料在汽车燃料市场上的应用,这将进一步推动欧洲生物柴油工业的发展。与常规柴油相比,生物柴油价格要贵一倍以上,为此,指令要求欧盟各国降低生物柴油税率,并对生物柴油在欧洲汽车燃料中的销售比例作出规定。这将有助于欧洲生物柴油市场价值由2000年的5.04亿美元提高到2007年的24亿美元,年增长率可望达到25%。欧盟生物柴油销售量到2006年底可望达到200万吨/年,约一半的能力在德国。



  目前,美国有4家生物柴油生产厂,总能力为30万吨/年,2005年生物柴油总生产量为7500万加仑(26万吨/年)。在普通柴油中的掺入量为10%-20%,生物柴油的税率为零。    



  



  亚洲国家也在兴起生物柴油产业。马来西亚产能为50万吨/年;日本生物柴油生产能力达到40万吨/年;泰国发展生物柴油计划于2001年7月发布,泰国石油公司承诺每年收购7万吨棕桐油和2万吨椰子油,实施税收减免,第一家生物柴油装置已经投运;菲律宾投资6.5亿比索建设的椰子生物柴油厂于2006年5月初投产,年产生物柴油6000万升,成为亚洲首座大型生物炼油厂。    



  新加坡油化学公司PeterCremer公司将在新加坡裕廊岛投资2000万美元建设20万吨/年生物柴油装置。印度尼西亚计划于2006年建设4套中型生物柴油装置,以推进替代能源的应用。澳大利亚Mission生物燃料公司的子公司Mission生物技术公司将利用粗椰子油(CPO)为原材料在马来西亚Pahang的关丹港建设一座生物柴油和甘油提纯炼油厂,该炼油厂将在2007年年中建成,预计生产10万吨/年生物柴油。    



  (二)我国开发现状和进展    



  目前我国生物柴油的研发和生产已经起步。我国每年豆油年产量达6000万吨,而且饭店产生大量的煎炸油,仅以上海为例,数十万家饭店、餐厅、小吃部、点心店每月产生泔脚不下30万公斤,其中的泔脚油至少有5000公斤,如加以充分利用,有很大的发展空间。    



  2010年后生物柴油在我国将成长为有一定规模的产业。但从目前资源、技术、市场和政策条件来看,实现生物燃料的规模化发展,关键要解决好生物柴油原料落实、产品生产和市场销售三个环节的问题。据估算,我国的膏桐、黄连木等油料植物可满足年产上千万吨生物柴油的原料需要,废弃动植物油回收可年产约500万吨生物柴油,因此从理论上讲,我国生物柴油发展潜力是巨大的,目前虽然南方地区种植了一定数量的膏桐等油料植物,但分布分散且数量小,尚不足以支撑生物柴油规模化生产。同时,技术产业化基础薄弱限制着生物柴油规模化发展。目前,以废动植物油生产生物柴油的技术较为成熟,但发展潜力有限;以油料植物为原料生产生物柴油的技术尚需要经过工业性试验后才能大规模生产。此外,政策和市场环境不完善也制约着生物柴油产业发展。我国目前尚未制定促进生物柴油生产、销售、使用等相关政策,也无生物柴油国家标准,更没有正常的生物柴油销售渠道。  



  六、结语    



  我国已连续三个五年计划将生物质能源技术开发和应用列为重点。目前生物质燃料乙醇和柴油是我国技术比较成熟且产业化程度较高的两个品种。全国有200多家生物质制燃料乙醇企业,年产量400多万吨;以油料植物、餐饮业废油为原料制生物柴油的企业有数十家,年产量超过10万吨。根据国家有关规划,到2010年,我国生物柴油生产能力将达200万吨,2020年将达1500万吨。    



  生物燃料产业是新兴的高新科技产业,我国“十一五”发展纲要已明确提出发展各种石油替代品,并将发展生物液体燃料确定为新兴产业发展方向,加快我国生物燃料的研发和应用是新时期赋予我们千载难逢的发展机遇。
作者: 2007-3-8
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