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关于转换战略能源储备理念的建议——以“功能”储备补足“资源”储备

金涌 谢克昌 毛炳权陈丙珍 余永富 李正名 沈德忠 桑凤亭 李东英 朱永贝睿 薛群基 吴以成 袁渭康 吴慰祖 魏可镁 高从堦 张国成 赵连城 李龙土 唐明述 陈清如顾真安 殷瑞钰 邹竞 干勇 屠海令 才鸿年孙传尧 王静康


    200712月作为国家战略石油(主要运输能源)储备的“神经中枢”——国家石油储备中心已挂牌成立,这标志着我国石油储备三级管理体系正式启动,这是保障国家能源安全的重要手段,将对增强我国石油储备管理能力、应对突发事件、防范石油供给风险有重大作用。
战略能源储备是是世界各大国的基本安全政策。石油储备多少合适,目前国际上并没有统一的说法,国际能源机构规定,其成员国的石油储备应相当于该国90天原油或成品油的净进口量;而欧盟则规定,成员国的石油储备应相当于该国90天原油或成品油内部平均消费量。
法国是世界上最早建立石油储备的国家,1992年法国政府通过法案规定,石油战略储备的数量为前一年销售量的27%,相当于全国98天的消费量,目前成品油的储备量约2227万吨(其中1325万吨为成品油,原油901万吨)。美国《能源政策与储备法》授权政府确定最高容量为10亿桶(1吨约合7.35桶)的国家石油战略储备。从安全性和经济性考虑,在墨西哥湾盐矿洞建立了直径输百米,最深
可达3000米的地下储备设施。美国目前实际石油储备大致在6~7亿桶上下浮动,大致可满足国内158天的需求。日本的石油储备从1978年起实施以国家储备为主的政策,2007年底总储备量超过9000万米3(1吨约含1.174米3),足以供应全国170天的用量。韩国《每日经济新闻》报道,政府计划在2008年将石油储备从目前的9270.1万桶增加到1.41亿桶。由此可见,战略能源储备已成为世界上各重要国家的共同举措。
战略能源(石油)储备对我国同样有着十分重大的意义。首先我国石油资源消耗巨大,年消费量已超过3亿吨/年(以2005年计,原油国内产量为1.82亿吨/年,进口量为1.3亿吨/年),居世界第二位,而国内可采储量仅占世界储量的2.43%。2007年我国石油对外依存度超过了50%,随着我国经济的持续发展,中国对石油进口的依赖度还会提高;其次世界总的政治战略形势虽然趋于和平或缓和,但局部冲突不断,国家分裂主义者不断挑衅台海稳定局面,而我国石油进口通道漫长,需要通过马六甲海峡、台湾海峡等敏感海域,更应该突
显强烈的战略石油(输运能源)储备需要;最后已连续多年世界每年新发现的石油储量要少于每年的石油开采量,世界范围的石油高价格时代已经到来,而且一些国际投机势力,通过控制和操纵石油期货价格以获取暴利屡屡得手,也会严重影响我国的能源安全,所以战略石油储备对我国有着十分迫切的意义。
但要形成一个相称的战略石油储备量,是十分困难的,以当前我国三个月的石油消耗量来计算,需要有7500万吨储备;而以我国三个月的石油进口量来计算,储备量也需要达到3000万吨以上,而目前我国初步规划,用15年时间分三期完成石油基地的硬件设施建设,预计总投资将超过1000亿元,至2010年全面建成(包括浙江镇海、浙江舟山、山东黄岛和辽宁大连四个基地),其储藏能力大致可以达到2800万吨,而届时预计形成的储量仅能达到1200万吨的水平,需要达到2020年储备方能达到三个月的进口量,而其中的经济风险和安全风险不容低估。在这一总形势下,需要我们从能源储备的大局出发深入的思考。
如果我们改变传统思维模式,把“需要什么样的资源,就储备什么样的资源”,改变为“需要什么样资源功能,就储备可实现该功能的所有资源”,即把单纯“资源”储备,转换为“功能”储备,即可达到同样的目的,而又容易实现。
煤炭能源显然不适合作为战略能源储备。首先是在空气中大量储存会产生自然氧化甚至自燃,而且不易于运输,加工运输不方便。天然气虽然加工、运输、使用都很方便,但需要高压储备,投资和保管费用高,而且极不安全,也不宜于用作为战略储备。
如果我们把目光转向煤化工制品,以甲醇为例考察它是否可能作为“功能”储备资源,来补充我国石油储备的不足呢?
首先甲醇作为煤化工的“平台化合物”,几乎所有一次或初加工化石能源,如煤(煤气化)、焦炉气、煤田气、天然气、沼气等都可以作为直接合成甲醇的原料,而这些资源在我国相对丰富,甲醇可以以不同成份混入汽油(M5,M15,M85,M100)使用,或者经过简单
脱水反应生成二甲醚及甲醇与植物油进行酯交换反应合成生物柴油,两者都是清洁的柴油替代用燃料。所以甲醇基本上可替代石油加工成为车、船、飞机的动力燃料的补充,而且成本更低。
甲醇可以替代石油,加工成为多种石油化工产品,通过甲醇裂解工艺(MTO工艺)可以生产混合低碳烯烃(乙烯、丙烯、丁烯等),也可以通过MTP工艺单独合成丙烯,而低碳烯烃是石油化工的龙头产品,甚至用于生产芳烃(苯、甲苯、二甲苯等)的MTA技术也在研发中,满足现有石油化工的需求。
而且甲醇可以直接加工成多种产品,如可以直接作为燃料电池的燃料或氢的中间存储燃料,它也是传统用来加工甲醛、醋酸、碳酸二甲酯、1.4丁二醇、乙炔二醇等大宗化学品的原料,是制造氯甲烷、有机硅产品的中间化合物,作为溶剂、黏合剂等也有重要应用。
甲醇从本质上讲对人体是安全可控制的,甲醇的化学毒性低,不属于美国列入“城市大气毒物策略”的33种对健康有害的物质。甲醇自然存在于人体,含量为0.6毫克/公斤体重,长期在200~250ppm
甲醇含量的环境中工作无害,甲醇挥发性较低,同样在空气中暴露,挥发度仅是汽油的30%~60%,甲醇对人体主要的毒害在于误食饮用,对于视力损害严重,而且可以致命。但比较容易控制,误饮中毒可以用碳酸氢钠、叶酸、酒精等降低它在体内代谢,所以人们普遍对甲醇为剧毒物质的印象是一种误导。
甲醇在环境中也是安全的,甲醇造成火灾、爆炸的可能性远小于汽、柴油,其着火的极限浓度是汽油的4倍;甲醇泄漏的危害也比汽、柴油小,甲醇溶于水,易于稀释、扑救和降解。甲醇组成单一,性能稳定,长期储存不易变质。
甲醇作为机动车燃料,其尾气排放好于燃油,即尾气中不含有苯、丁二烯等多种致癌物(表1至3),而且硫含量极低,其不足之处在于尾气中甲醛含量高,可以借助尾气净化器加以解决(表4)。另外甲醇对于发动机橡胶垫片的溶胀能力较高,需要更换特制垫片。
1 各种燃料的排放物
汽油、柴油、甲醇汽车排放物种
 
汽油
柴油
甲醇
 
汽油
柴油
甲醇
苯类
3
3
 
其它化合物
4
4
1
醛类
3
3
3
金属
5
5
 
酚类
2
2
2
非金属
1
2
 
烯类
3
1
 
种数
23
21
6
烷类
2
1
 
 
 
 
 
注:美国甲醇研究院数据
 
2 各种汽车燃放排放的致癌物
各种汽车燃料非常规排放致癌物比较——国际能源机构
g/km
甲醇M100
甲醇M85
天然气
石油气
柴油
汽油
0
1.5
<0.6
0.5
1.5
4.7
1.3丁二烯
0
<0.5
<0.5
<0.5
1.0
0.6
甲醛
5.8
5.8
<2.0
<2.0
12
2.5
注:美国甲醛研究院为主的研究报告
 
3 各种汽车燃料致癌度比较

 

 表4 尾气净化结果
                       甲醛尾氧化处理试验
Mg/m3
催化前
催化后
净化率%
汽油机
40
4
90
甲醇机
88
3
96.6
最重要的是从经济、节能、减排等几个角度考察,采用甲醇作为“功能”资源储备都是十分有利的,以煤作为原料通过气化成CO和H2,再合成甲醇的工艺路线简单,煤的消耗少,大约为2吨煤/吨甲醇。生产每一吨甲醇的过程中,CO2的排放约为3.8吨/吨甲醇,如果采用煤间接液化法生产柴油,则煤的消耗量约为5.5万吨煤/吨柴油,生产过程中的CO2排放量也大致为生产甲醇排放的3倍左右。如果采用与我国巨大的冶金工业相联合,使用全国每年3亿吨左右的炼焦工业所副产的焦炉气作原料,则投资和产品成本还会大大降低。正在开发中的以煤田气、沼气以及采用新型融池法无焦炭炼铁技术得到的副产气体都可作为大量合成甲醇的廉价原料来源,只要国家政策鼓励,前景十分乐观。我国近年来由于甲醇一时价位虚高,煤化工发展出现甲醇合成建厂和拟建厂热潮,根据石化规划院的不完全统计,2007年全国甲醇产量为358万吨,在建甲醇产能为1218万吨,已批准立项的甲醇产能为1383万吨,各地方计划项目中甲醇产能为3120万吨,共计约6000万吨。由于甲醇下游产品开发尚需要一个过程,再加之甲醇在汽油中添加量有限,所以可以预期一两年后将会出现甲醇市场暂时过剩以及甲醇价位回落的局面。如果国家能及时确定将甲醇作为石油代用资源储备的补充,则既可调节甲醇市场价格的波动,又可促进我国发展煤化工的长期战略的实施,同时在选择建设甲醇储备设施的地点上,也比绝大部分石油储备建在沿海地区更为安全。
总之,如果实施以甲醇战略储备替代1/10~1/5的石油战略储备,在替代使用功能、原料来源、安全性、环境保护、经济合理性和实施可行性等方面都是符合我国国情而且易于操作的。
建议人:
金涌 中国工程院院士
化学工程
清华大学
    谢克昌 中国工程院院士
煤化工
太原理工大学
毛炳权 中国工程院院士
高分子化工
中国石油化工集团公司北京化工研究院
陈丙珍 中国工程院院士
化工系统工程
清华大学
余永富 中国工程院院士
矿物加工
长沙矿冶研究院
李正名 中国工程院院士
精细化工
南开大学农药国家工程研究中心
沈德忠 中国工程院院士
无机非金属材料
中材集团人工晶体研究院
桑凤亭 中国工程院院士
化学工程
中国科学院大连化学物理研究所
李东英 中国工程院院士
有色金属冶金
原国家有色金属工业局
朱永贝睿 中国工程院院士
 核化工
 清华大学
薛群基 中国工程院院士
       功能材料
       中国科学院兰州化学物理研究所
吴以成 中国工程院院士
       功能材料
       中国科学院理化技术研究所
袁渭康 中国工程院院士
       化学工程
       华东理工大学
吴慰祖 中国工程院院士
       精细化工
       总参谋部第五十五研究所
魏可美 中国工程院院士
无机化工
福州大学
高从堦 中国工程院院士
化学工程
国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心
张国成 中国工程院院士
有色金属冶金
北京有色金属研究总院
赵连城 中国工程院院士
功能材料
哈尔滨工业大学
李龙土 中国工程院院士
无机非金属材料
清华大学
唐明述 中国工程院院士
       无机非金属材料
       南京工业大学
陈清如 中国工程院院士
       矿物加工
       中国矿业大学
顾真安 中国工程院院士
       无机非金属材料
       中国建筑材料科学研究总院
殷瑞钰 中国工程院院士
       钢铁冶金
       钢铁研究总院
邹竞   中国工程院院士
      精细化工
       中国乐凯胶片集团公司
干勇   中国工程院院士
       钢铁冶金
       钢铁研究总院
屠海令 中国工程院院士
       功能材料
           北京有色金属研究总院
才鸿年 中国工程院院士
       金属材料
       中国兵器装备集团公司
孙传尧 中国工程院院士
       矿物加工
       北京矿冶研究总院
王静康 中国工程院院士
       化学工程
       天津大学化工学院
 
 
报:中共中央、国务院有关领导、中共中央办公厅、国务院办公厅、全国人大、全国政协。
送:中共中央和国务院有关部委,各省、自治区、直辖市、计划单列市,中国科学院,中国社会科学院,国家自然科学基金委员会;工程院院士,工程院主席团顾问。
责任编辑:郗小林