氢化石油: 替代能源的首选

日期：2008-07-23 来源：国际能源网 作者：熊尚春陈强艾德文•鲁赫

国际石油网

2008

07/23

11:27

手机扫码看资讯

关键词：氢化石油替代能源

I. 替代能源, 刻不容缓

目前, 整个世界陷入了石油能源危机, 而且能源和金融行业的大多数专家预测未来中短期石油能源危机更加恶化和悲观, 例如明后年油价可能疯涨到每桶200至250美元。这次能源危机的直接和间接原因可归结于世界石油储量与开采比历史新低、美元贬值或被某些区域石油结算弃用、石油输出国不愿意提高石油开采产量、区域地缘政治冲突风险、亚洲经济的强劲市场需求、唯利是图的能源金融操纵、替代能源青黄不接等等, 争论不休。

人们研究和开发替代能源由来以久, 但从来没有象目前那么紧迫。我们现在知道, 除了石油能源之外有二三十种新能源和再生能源逐渐供应市场。但关键问题是, 哪些是替代能源的首选? 它们能否解决或者缓解不断恶化的能源危机? 它们是否资源丰富而且广泛分布, 可规模生产, 成本低廉, 环境污染比较低而广为人们接受?

人们清楚知道, 风能、太阳能、核能、氢能、水电、地热、基于玉米或者小麦的乙醇燃料、生物柴油等等, 属于新兴的新能源或者再生能源。人们也知道基于煤炭直接液化或者煤炭气化的所谓清洁煤基燃料, 但其还存在高成本,相当环境污染, 与电煤争源等问题。因此, 至目前为止, 单个地来说, 这些新能源或者再生能源之中没有一个能够符合上述所说的的解决或者缓解当前能源危机以及替代能源青黄不接的首选条件。

II. 氢化石油最符合清洁能源发展机制的使命

自从1988年以来, 由熊尚春教授率领的研发团队一直在中国从事实验室研究开发和煤转油工厂现场试验, 改进煤炭加氢液化的所谓Fischer-Tropsch反应和过程, 模拟类似石油来源的燃料生成反应和流程。我们知道, 清洁能源发展机制(CDM) 的主要目的是减少全世界数十万座燃煤火力发电厂/热电厂和数亿辆汽车所排放的二氧化碳和二氧化硫。我们赞赏概念正确的美国碳封闭式煤转油(FutureGen) 项目和澳大利亚等国家零排放的煤炭地下气化(UCG)项目, 并且十分清楚过去十年而兴起的碳减排量措施和碳信用交易等。而我们的项目, 称之为氢化石油(HyOil) 项目, 所完成的主要是采用更先进的原子经济化技术和创新方法以便为车辆提供可大规模生产的清洁燃料和为火力发电厂里提供以低排放二氧化碳和二氧化硫的重油(即氢化石油中提取汽油, 柴油和煤油成分之外的剩余油渣) 取代燃煤, 因此最符合清洁能源发展机制的使命。几年来, 氢化石油的系列产品已经在中国各地中试成功, 目前进入规模产业化阶段。

最近一段时间, 有关氢化石油项目及其应用的采访报告和文章已经在多个媒体上发表, 包括中国国内的大众科技报在2008年3月18日与5月29日的专题文章和香港大公报2008年6月4日的全版报道(参见附图) 。作为氢化石油项目的继续和对新能源研发, 应用和教育培训的扩展, 具有二十多个新能源专业的本科院系和研究生院的中国新能源大学, 以熊尚春教授为主要发起人和组织者, 正在加速筹备之中。

图1: 香港大公报最近发表的氢化石油专题文章的标题

III. 氢化石油是氢能技术与清洁煤技术的混合能源

柴米油盐酱醋茶, 这句中国谚语把能源(可燃烧生热取暖的生物质如草木) 放在人类生存必需品的首位, 它简明扼要地描述了数千年甚至数万年来人类及社会演化的能源依赖性。煤炭和石油这些由古代生物质经过地质作用生成的化石燃料, 成为十八世纪以来工业革命兴起和发展的主要能源。人们如今习惯于依赖用煤来发电, 用石油来做运输交通工具的燃料。具有讽刺意味的是, 在当今的能源危机中, 人们不得不再转向生物质作为替代能源, 即从生物质(玉米、小麦、红薯、甘蔗、甜高粱、棕榈树等) 提取乙醇燃料和生物柴油等。

氢化石油的主要原料来自于地球上尚未充分利用的古代生物质, 例如泥炭, 褐煤, 低级燃煤, 油页岩, 常用的中级电煤等, 它们的探明储量是探明石油储量的数百至数千倍。它们是处于石油化地质作用早期或者不同阶段的有机物, 具有与石油类似成分的但不同含量的碳, 氢, 及其化合物, 适用于生成现代世界所需的燃料。氢化石油的原料还可来自现代的生物质, 特别是那些非粮植物和生物可分解的废料。在氢化石油项目实验过程中, 熊尚春教授和他的团队, 对泥炭, 褐煤, 燃煤, 油页岩等各种原料在氢化化学反应里进行了数千次实验室试验和工厂试验, 生成可有效提取汽油, 柴油和煤油产品的氢化石油。

图2: 以熊尚春教授命名的重点实验室和氢化石油系列燃料产品

高效制氢, 储氢和加氢(氢原子经济化) 是氢能研发的关键挑战。熊尚春教授主持的中国新能源产业研究所在这方面及其在氢化石油项目应用中取得了巨大的突破。中国新能源产业研究所独立研究开发了热化学法分解水高效制氢，它是借助于复杂的反应过程和自主知识产权装置来完成的。在反应过程中热能基本上变为化学能，即热能→氢能的转换，而不像水电解法等，要经历热能→机械能→电能→氢能等多次能量转换即高能耗。因此, 我们的制氢技术和装置成本相当低廉。

传统的储氢技术有合金储氢（吸放氢条件的温和程度方面，均不适于氢能的规模化储存与运输）、压缩储氢（占用空间大、自重大）液化储氢（成本很高，相当于消耗了1/3的液化氢气。液氢温度约-250℃，蒸发损失大）。而我们的专有技术是在高比表面积的超级物质（寿命是无限的，且可以大规模生产）上吸附储氢（可达10000倍），具有吸放氢条件温和、储氢容量大、成本低的基本素质，展现出解决规模储氢问题的拔萃、卓越。氢气在超级物质上的吸附是一种物理平衡。温度恒定时，加压吸附(吸氢)，减压脱附(放氢), 为氢气的规模化生产和存储提供了捷径。

加氢技术在常规的石油炼化和其它化工已经广泛应用, 但通常要求高温高压条件, 复杂而且对环境极其污染的催化剂和反应装置, 属于能源生产的昂贵成本的主要环节之一。熊教授及其团队运用原子经济化原理和经过千百次实验而自主开发的原子经济化加氢技术, 不仅大大简化了加氢过程的温压条件, 抛弃极其环境污染的催化剂和反应过程, 导致加氢成本大大降低, 而且充分利用原料的碳原子, 在温和反应里与氢原子高效地结合为烃烷类化合物即燃料成分, 大大减少二氧化碳等其它污染环境的污水及有害气体排放, 所以称之为绿色加氢反应过程。

在过去十年里, 氢化石油项目各方面取得很大成就, 包括技术自主创新, 理论框架和应用模型, 原材料选择和实验, 工艺流程优化, 专有装置的
设计和制造等。氢化石油的技术和生产流程特点可概括如下:

1)氢化石油利用地球表层的含能量较高的材料作为原料，用先进的工艺过程和科学的加工方法完成产品的制备过程，使其生成可替代液体石油的可燃物。

2)利用原材料包括：泥炭、褐煤、燃煤、工业甲醇、水蒸气、植物秸秆、植物油渣等。

3)主要用铁钯钼铝硅作催化剂。

4)磁力曲线万向剪切为活化过程。

5)天然沸石（固体酸）分子筛为储氢补氢促溶剂系统。

6)射频波耦合离子束为产品精制系统等工序。最终生产出良好品质的汽油、柴油、重油产品。

7)整个生产工艺是在340℃中温，0.6兆帕压力的低成本条件, 相比之下, 常规的煤炭液化装置使用900℃高温和数十兆帕压力。

8)属于无强酸碱作用条件下完成的绿色化学反应过程。

9)简化工艺到具有经济效益的最小年产10万吨氢化石油的装置, 使其能够在全国各地生产发展。

当前, 氢化石油产业化已经从多个生产示范基地向全国推广。在氢化石油系统的设计和设备制造中遵循如下五项原则：⑴工艺规范化；⑵设备集成化；⑶反应绿色化；⑷排放零点化；⑸原子经济化。

目前, 氢化石油系列产品主要有:

1)氢化汽油
汽油组分：具有辛烷值高的特点，可用于调配车用汽油，所调配的汽油符合GB17930—1999要求。

2)氢化柴油

柴油组分：具有凝点低、十六烷值低的特点，可用于调配各种柴油，所调配的柴油符合GB252—2000的要求。

3)氢化煤油

煤油组分：凝点达-60℃以下，用来调配的航空煤油，所调航煤符合GB6537—2006 (3号喷气燃料)的要求。

4)氢化燃油

可代替石油基燃料油，用于舰船的专用锅炉、发电厂锅炉、机车锅炉、冶金锅炉和其他工业锅炉。燃料油符合 SY1901—77（88）船用
燃料油符合Q/Sh023.02-1994 的要求。

IV 氢化石油与常规煤炭液化的比较

煤炭液化是煤产业的价值链高端, 氢化石油是煤炭液化技术工艺的明珠。如果以煤炭燃烧锅炉获取热量作为煤产业价值链的起点即基础价值, 那么, 煤炭发电就增值约两倍, 煤制甲醇就增值约四倍, 煤液化制油就增值八到十五倍。在煤液化制油技术工艺当中, 煤间接液化制油增值约为八倍, 常规煤直接液化增值约十倍, 而氢化石油, 综合考虑到其制造成本较低, 明显增加汽油产量成分, 减少碳排放量的碳基金交易, 生产线可小型化快速收益等, 其增值在十二倍到十五倍。

根据已经发表的氢化石油文章中的数据和氢化石油生产示范基地的实际结果, 我们列出氢化石油与常规煤炭液化技术工艺的十二个方面的比较(见下表)。因此, 当前对常规煤炭液化作为新兴产业的许多责难和争议, 由于氢化石油的进展而将逐渐消失。

V 氢化石油成就和意义: 五重社会和经济效益

氢化石油的项目和成果具有五重社会和经济效益, 包括:

1)人类社会发展经历了以石油天然气为主要燃料的百年辉煌时期,目前处于传统能源和新能源青黄不接的危机阶段.氢化石油的成功具有普遍适用的意义, 以其数百上千倍于石油储量的广泛而又廉价的原材料例如泥炭, 褐煤, 低级燃煤和中级燃煤, 油页岩等, 以其经济实用的先进工艺(按目前美元货币计算, 生产氢化石油的成本只相当于每桶石油25-40美元的水平), 以其结合先进氢能技术和环境友好的绿色氢化反应系统的极低碳硫排放量, 将延续化石燃料和混合能源作为人类社会主要能源数百年辉煌的历史使命。它不仅有利于缓解当前烽火四起的地缘能源冲突风险, 符合联合国和国际机构应对全球气候变化的减排要求, 而且特别对许多发展中国家的经济发展大有帮助。从这个层面上说, 氢化石油的应用推广将成为国际能源机构, 联合国, 世界银行重视扶持的项目。

2)美国和中国是世界上数一数二的石油能源消费大国, 同时, 据国际专家估计, 美国和中国数千座燃煤火力发电厂(各自约占本国发电总量的一半) 的二氧化碳和二氧化硫排放量, 占了全世界排放量的三分之一强。美国有识之士如前美国参谋长联席会议副主席比尔•欧文斯, 就提议美国和中国应建立一个1000亿美元的洁净煤研究基金，它将改变石油生产在国际安全问题上所扮演的重要角色, 会让石油价格下降30%。最近美国和中国政府签署的《美中能源环境十年合作框架》, 将可能为氢化石油项目的中美合作提供有利的平台, 即通过双方合作的氢化石油项目的氢化燃油来替代美国和中国数千座燃煤火力发电厂的燃煤, 因此将大大减少二氧化碳和二氧化硫排放量。

3)氢化石油作为资源丰富和广泛分布、生产规模可因地制宜的混合能源将改善中国的区域经济发展平衡和能源、交通、物流及都市化的基本建设。因此, 氢化石油成为一种宏观经济杠杆来调节和实施中国区域发展的政策如“ 中部崛起” 、 “西部大开发” 、“ 振兴东北” 、“县域经济”等。

4)氢化石油项目和成果目前正在组织国家级别的多部委联合鉴定。它的成功将激活和正确引导中国的煤转油产业, 从早期的国外技术引进及各地土法上马造成资源浪费和环境污染过渡到依各地区经济发展计划而因地制宜的煤-电-油-化工联动产业发展。

5)氢化石油将为中国数万家民营加油站提供了崭新的生机。目前中国民营油企达8万家，有百万多员工，每年销售石油总量达一亿吨，仓储能力3000万吨，拥有加油站4.1万多座。但这占据了半壁江山的社会加油站正面临着油源、油价的双重压制，许多已步入亏损破产状态, 民营油企捆绑卖给外资已成燎原之势。与

中国国营石油集团垄断石油资源不同的是, 氢化石油的丰富资源
和因地制宜的生产能力不再被国营石油集团所相对垄断, 因此氢
化石油将成为中国民营油企和民本经济的活力之一。

VI. 氢化石油商业化操作: 生产基地, 投资基金, 碳信用, 国际生产许可

当前, 我们制定七个层面的氢化石油规模生产, 大致可分为:

1)氢化石油生产示范基地, 将由中国新能源产业研究所主导, 从目前的若干个年产十万吨发展到年产百万吨氢化石油生产示范基地。

2)国家发展改革委员会已经批准的若干个数百万吨级煤转油项目, 他们部分原先技术方案是采用引进国际的煤转油技术和设备, 到目前为止, 或者一再延迟无法投产, 或者至今未能启动建设。对他们的最可能出路是部分或者全部采用氢化石油的技术和工艺路线. 目前正在洽谈当中。

3) 资金和资源雄厚的中央企业和地方国营企业, 已经在洽谈共同申报省市和国家级批准, 准备上马年总产量为数千万吨的多个氢化石油生产基地。

4)中国数百家中小型燃煤火力发电厂, 面临因环保不过关而被迫停产关闭的命运, 已经在洽谈采用氢化石油作为技术改造, 生产氢化燃油来取代常规的中高级电煤, 从而大大减低二氧化碳和二氧化硫的排放量。

5)资金和资源雄厚的民营企业, 利用区域经济发展的优惠政策, 在洽谈上马中小型的氢化石油生产线, 从年产三十万吨到年产百万吨的规模不等。

6)在中国周边缺乏石油资源但具有丰富煤炭资源的国家合资合作氢化石油的生产基地, 目前已有多个国家在洽谈此类合资合作项目。