我国甲醇汽油现状和发展趋势
    我国是少油富煤的国家,如何充分利用丰富的煤炭资源来生产液体燃料以补充石油供给,是21世纪我国能源安全战略的重大议题。
  在众多的汽车燃料的开发研究中,醇类燃料是替代石油燃料中的新希望,其中甲醇燃料成为首选。
  醇类燃料属于可再生、清洁型能源,但由于技术问题,目前使用的是E20乙醇汽油「汽油中含20%乙醇」和M10「汽油中含10%甲醇」、M15「汽油中含15%甲醇」甲醇汽油。甲醇汽油在欧美发达国家已全面推广使用。我国也已经开始引进和推广甲醇汽油,并已被纳入“十一五”规划。
  1、亚甲醇的产量、市场与价格
  2006年,我国甲醇生产874.7万t,进口甲醇112.7万t,出口19万t,表观消费量968.4万t,共有甲醇生产企业167家,产能合计为1344.4万t/a。
  据统计,“十一五”期间我国新建、拟建甲醇项目共42个「不包括二甲醚、甲醇制烯烃生产企业自身配套的甲醇生产装置」。其中,“十一五”期间可以投产的项目为35个,产能合计1198万t/a。
  预计到“十一五”末期,我国甲醇生产企业将为200家左右,产能将达到2500万t/a至4850万t/a。
  近15年来,我国甲醇消费结构并没有发生根本性的改变,主要消费领域依然是传统的化工行业,而其他行业消费比例也没有明显的变化,只有燃料甲醇汽油未来的发展对甲醇消费有所促进。在化工领域,甲醇仍主要用于甲醛、醋酸、MTBE、甲胺、二甲醚等的生产。其中对甲醇消费增长推动最大的仍是甲醛和醋酸。预计到“十一五”末,甲醇总年需求量约为1900万—2500万t。而同期的市场年需求量,包括甲醇汽油市场在内,约为1800万—2100万t,与目前已建、新建的甲醇产能基本平衡。但如果甲醇汽油、二甲醚相关标准颁布较晚,市场准入政策不能出台,甲醇汽油不能按预期上市,约1000万t/a的甲醇潜在市场将会落空,则甲醇产能就会过剩。
  1998—2000年,我国甲醇最低价格曾到过800-1000元t。2003—2006年,甲醇最高价格一度超过3800元t。随着化工行业景气高峰期的离去「预计在2008年前后」以及甲醇产能的迅速增长,预计甲醇价格将会逐渐回落。预计2008—2010年,甲醇价格将下降到2000-2500元/t
   近年,国际上尤其是美国,对MTBE的使用争论,使MTBE发展受阻,虽然目前尚无定论,
也未被大范围禁用,但对MTBE需求的增长是很大的不确定因素。甲醇在该领域的前景不容乐观。
  甲醛产品的出口已受到制约,近年来我国政府对甲醛用量限制的规定也逐步出台,如淘汰了部分甲醛含量高的油漆;限制了胶合板中甲醛型胶粘剂的用量等,绿建材标准的实施对甲醛行业有一定的冲击。
  醋酸消费约占全球甲醇需求的7%,可生产醋酸乙烯,醋酸纤维和醋酸酯等,其需求与涂料、胶粘剂和纺织等方面的需求密切相关。虽然我国目前醋酸生产多采用粮食发酵法或乙烯法,但以甲醇为原料合成是醋酸工业发展的方向,近年新建的10万t/a以上规模的几套醋酸生产装置都是采用以甲醇为原料的工艺。
  山西省正在实施发展甲醇汽车计划,争取用5-10年时间,把山西省建成“国家燃料甲醇生产基地”和“清洁燃料「甲醇」汽车示范地区”。因此,甲醇作为燃料的应用普及对甲醇行业来说是一个利好的消息。
  多年来,我国经济一直保持持续、高速的增长势头。国家采取积极的财政政策,扩大内需、刺激消费。这必然会导致房地产、建材、室内装修等行业的快速发展和增长,而甲醇的下游产品有很大一部分都是应用在上述领域。
  今后几年,碳一化工的一些热点产品,如碳酸二甲酯、甲酸甲酯;二甲醚等对甲醇的需求量将有较快的增长。总之,国内甲醇市场仍将保持增长势头,作为重要的有机原料,甲醇衍生物生产仍将占有最大的市场份额。
  2、甲醇生产情况
  我国甲醇的合成装置基本上使用煤、油、天然气三种原料;现代甲醇生产技术几乎均为低压法。英国ICI公司和LURGI公司的低压甲醇生产技术占全世界甲醇总量的70%以上。我国自行设计、制造和运行大型甲醇装置已积累了足够的技术基础:水煤浆为原料的大型气化炉已运行多年,可实现长周期运转;新型水煤浆气化炉与干煤加压气化炉正在积极开发中;各种低能耗的天然气蒸汽转化技术均已掌握;低成本以空气为气化剂的天然气转化制合成气技术已经开发;多种的脱碳、脱硫工艺已成熟用于工业生产;变换、精脱硫、甲醇合成催化剂均已国产化;新型甲醇合成反应器已形成专利技术;精馏装备已达到节能和优化水平。目前国内已掌握了建设10万-30万t/a单系列甲醇装置的设计技术。
  国内甲醇装置规模仍然较小,且多采用煤头路线,单位产能投资高,约为国外大型甲醇装置投资的2倍,财务费用和折旧费用提高,影响成本竞争力。而以中东和中南美洲为代表的国外甲醇装置普遍规模大,公用设施分摊投资少,且采用天然气路线,单位产能投资大幅下
降,成本竞争力大为增强。
  目前,国内最大的甲醇单套装置的规模为40万t/a,主要的生产企业有榆林天然气化工公司、四川维尼纶厂、上海焦化有限公司、蓝天集团光山化工公司、大庆油田化工公司和内蒙古苏里格化工公司等,生产规模一般在18万-40万t/a。中海油海南60万t/a装置和日本三菱瓦斯在重庆建设的85万t/a装置是我国目前在建的最大甲醇装置。
  低压合成甲醇催化剂装置能耗低,许多厂家都采用低压合成甲醇技术,使用的低压合成甲醇催化剂为:美国C79-2、G106;西德LGl04、日本M-5、丹麦LMK、LMK-2R和MK101以及国产NC307型。
  甲醇合成催化剂应向低温、低压、高活性、高选择性、高热稳定性和高机械强度方向发展。
  国内甲醇装置技术、设计单位:西南化工研究院、山西煤化研究院、山西大同第二设计院、中国成达化学工程公司、杭州林达化工技术工程公司,中国寰球化学工程公司;华东理工大学等。
  3、甲醇是21世纪最有希望的清洁燃料
 从微观上看,利用煤或天然气生产甲醇,原料来源丰富,生产技术成熟,甲醇价格合理;
从宏观上看,随着国民经济发展,我国石油后备资源不足的问题已充分显现。
  我国已成为汽车大国,汽车保有量增长也刺激了国内车用柴油、汽油需求的快速增长,2000年我国柴油消费量为6924万t,2005年我国达到10968万t,2000—2005年的年均增长率为9.6%。2006年,我国柴油消费量达到11646万t,其中75%左右的柴油用于交通运输。解决石油资源短缺问题已迫在眉睫。
  能源危机以来,世界各国都在寻求替代石油的新能源。美国能源研究与发展署研究认为,甲醇是最有希望的内燃机替代燃料。甲醇汽油是一种高辛烷值燃料。在常温下,甲醇是液体,其储存、输送、使用都和汽油、柴油一样方便。添加甲醇可显著降低有害物的排放量,是一种清洁的车用燃料。甲醇汽油经发动机燃烧比燃烧90号汽油的排气中有害物少,对环境污染的影响也轻,美国「DOC」研究中心对10种汽车使用含甲醇5%-10%的汽油行驶实验结果表明,在一般汽油发动机上用甲醇汽油时,燃烧排气中的一氧化碳比汽油减少了30%左右,氮氧化物比用汽油时减少30%-50%,未燃烧碳氢化物减少30%-60%。甲醇汽油的开发有利于城市的环境保护。甲醇是21世纪最有希望的清洁燃料。
  4、甲醇作为燃料的利用形式
  4.1 汽油掺烧甲醇
  汽油掺烧甲醇在国际上已有应用技术,我国四川部分地区有较长期的甲醇和汽油掺烧应用,掺烧比约为3%-5%的甲醇。“七五”期间,原国家科委在山西省曾组织较大规模的甲醇汽油掺烧试验示范,掺烧比为15%-25%的甲醇。试验和应用实践表明,低比例掺烧甲醇「3%-5%」和纯汽油燃料相比,发动机未做任何变动而工况和性能不受任何影响;15%-25%甲醇和汽油掺烧后,应对发动机系统适当予以调整;甲醇燃料「M85以上」,通过国家甲醇汽车示范工程50部甲醇把客车的试验示范,在甲醇汽车制造、发动机技术、燃料贮存和运输、燃料配制、加注、车辆特殊技术与维修、监测及数据分析、营运管理等多方面取得了初步的经验和成果,可资推广借鉴。如果甲醇燃料汽车能在近期实现灵活燃料化,即可使用汽油与甲醇任何比例混合的燃料,由燃料传感器识别成分,通过电脑提供发动机最佳运行参数,便可加快普及推广甲醇汽车的进程。
  4.2 甲醇裂解
  目前,甲醇裂解在汽车上的应用有两种形式,一种是利用催化剂裂解,另一种是等离子体裂解。甲醇裂解后成为H2+CO气体直接进入气缸燃烧,其燃烧特征是燃烧温度低和在贫氧下能够充分燃烧,因此,可达到较好的环保效果,油耗有不同程度的降低。目前,以催化剂裂解形式的甲醇汽车已在云南和北京的两个科技企业研制出来并有实际应用;中科院山西煤化
所也开发出等离子体甲醇裂解技术;中科院山西煤化所和山西佳新能源化工实业有限公司联合改装昌河牌微型车和492型化油器甲醇车将于2007年底投入运行。
  4.3 甲醇燃料的间接应用
  二甲醚燃料和MTBE的应用。二甲醚被认为是最有应用前景的柴油机替代燃料,可以首先在城市公交车辆、城市内使用的轻型车及载重车或城市出租车上使用。此外,二甲醚还可替代液化石油气作为炊事燃料使用。MTBE是甲醇和异丁烯的合成产品,主要是代替四乙基铅作抗爆剂。随着环保对汽油无铅化要求的提高,以甲醇为原料,制造汽油添加剂MTBE的需求量将会有所增加。同时,MTBE还可作为中比例甲醇和汽油混合掺烧防止燃料分层助溶剂来使用。
  4.4 燃料电池
  燃料电池FC是燃料通过电化学作用,直接变成电能的电化学连续反应装置,可用于驱动电动汽车和发电。德国戴姆勒奔驰汽车公司和美国福特汽车公司已生产出甲醇燃料电池汽车样车,并在2004年实现了商品化。在2007年6月举办的北京国际汽车展览会上,日本丰田公司和本田公司也展出了甲醇燃料电池汽车样车。预计,燃料电池汽车有望成为未来汽车的发展模式,甲醇燃料有望成为燃料电池汽车的主要燃料之一。
  5、甲醇汽油的现状
  5.1 使用情况
  目前市场上有M5、M15、M19、M45、M60、M85、M100甲醇汽油。
  M5、M15甲醇汽油都不需改变发动机的结构,可直接使用。
  使用M5甲醇汽车燃料,经实验,结果表明不影响汽车的动力性能,其消耗量与汽油相同。德国和欧盟都允许使用,许多加油站都使用过M5甲醇汽油,国外一些炼油厂曾生产过M5甲醇汽油,使用中未发现不良影响。尾气中NO、CH的含量明显降低。但经济性不明显。
上海汽车展览会  M15甲醇汽油是由90号汽油、甲醇及一系列助溶剂组成,从1999年3月2日起,采用上海焦化有限公司配制的M15甲醇汽油,在桑塔纳、桑塔纳2000、红旗及东风牌卡车上试用,共消耗3000LMi5甲醇汽油,运行距离约30000km。据资料介绍:使用M15甲醇汽油与汽油相比,百公里可节约1.9元。
  “六五”期间,国家科委组织交通部负责将M15甲醇汽油研究列入国家重点攻关项目,在山西省组织由480辆汽车,并建有4个加油站的营运规模:“七五”期间国家科委,中科院负责将492发动机改装烧M85甲醇汽油技术列入攻关项目,“八五”期间进行了中德M100甲醇燃料科技合作项目,有8辆全甲醇桑塔纳轿车在北京行驶,并建有一个加油站,同期国家把低比例M
3、M15甲醇汽油列入攻关计划,在江苏、四川、河南、重庆等地有数百辆汽车投入运营试验。1996年由国家科委、美国福特汽车公司、中科院、清华大学、化工部、山西省等单位,参加并完成把煤转化为汽车燃料的课题研究,有50辆示范甲醇中巴车投入商业使用。
  低比例甲醇燃料的应用技术已有较大突破,局部地区短期运行结果表明,可直接代替汽油,不必添加助溶剂和腐蚀抑制剂,已初步具备推广的条件;使用中比例甲醇燃料,不需对发动机进行改造,但由于发动机以及电喷系统等均需进行必要的改造,还需做大量的试验研究工作。
  高比例掺烧甲醇有两条途径:一是改变汽车发动机的结构;二是添加甲醇改性剂。
  M50甲醇汽油就是不改变发动机的结构,添加一定量的改性剂调配制成的甲醇汽油,其燃烧传播速度、汽化热值、互溶性、爆发性、加速性能等方面接近、超过国际清洁汽油,实际辛烷值超过100
  目前市场上有漯河石化集团有限公司生产的M50甲醇汽油。该公司选用丰田型、桑塔纳2000、普通桑塔纳、松花江面包型四辆车,分别使用90号汽油和M60甲醇汽油,在漯河市至许昌市城区道路、高速公路及107国道上进行实际行车试验。四辆车使用90号汽油百公里耗油平均13.54L,使用清洁甲醇汽油百公里耗油平均12.36L。使用清洁甲醇汽油百公里油耗平
均降低1.18L,可节约5.46元,节油率为8.7%。
  M100全甲醇燃烧装置是对传统汽油发动机的供燃料系统、供热系统、变速箱等进行重大改进,改进后的发动机可100%燃烧甲醇,不用汽油;可提高甲醇燃烧的雾化程度;燃烧充分,杜绝了放炮现象,运行成本比汽油机降低了25%;动力性与普通汽油发动机相当。
  甲醇汽油消耗汽油少,有利于节约能源又由于燃烧充分,尾气排放中一氧化碳和碳氢化合物减少55%-90%,环保效果突出。甲醇汽油的成本较低,车辆使用甲醇汽油比传统汽油油耗可降低7%—25%。由于甲醇可以由煤、植物纤维转化制得,可持续再生,能节约大量石油资源,解决21世纪全球能源严重短缺问题,甲醇汽油作为车用燃料市场空间很大。
  5.2 甲醇毒性和安全性
  受假酒事件影响,甲醇毒性问题很受人们关注。实际上甲醇和汽油一样,在化学上都属于中等毒性物质。甲醇是不可饮用和溅入眼中的。北京医科大学的三院职业病科和眼科共同进行了为期三年详细的连续跟踪检查,并和不接触甲醇的人进行了对比。结论是,只要遵守操作规程,没有发现人体健康有异常。我国从事甲醇汽车试验研究了20年的人员,以及现在仍在驾驶甲醇汽车的司机,也未发现健康有异常。根据美国能源部阿贡国家实验室报告认为,醇毒性对水生物影响比汽油小。用百分制打分「100为最高毒性」评定LD50「半数致死
量」毒性评价如下:汽油为100,乙醇为50,而甲醇为30。
  我国生产甲醇已有数十年历史,也从未发现甲醇工厂工人有甲醇职业病。实践证明:只要遵守操作规程,甲醇作为燃料是安全的。
  6、市场展望
  目前,石油化工行业进入景气高峰期,甲醇价格一直处于较高位置,生产企业盈利水平大为提高,各地甲醇新建项目陆续开工。由于甲醇燃料发展前景广阔,引发了国内对甲醇装置的投资热。
  甲醇能登上我国历史舞台,是因为我国能源遭遇了短缺危机。这个与国家能源安全联系在一起的化工产品,也因此被赋予了一种特殊身份,变成了一种“准战略物资”。站在国家安全的角度上看,“甲醇”不仅是一个经济词汇,更是一个政治词汇。甲醇过剩不过剩、甲醇产业有没有未来,并不取决于市场,而是取决于国家能源政策。
  7、发展甲醇汽油的几点建议
  「1」汽车工业需要稳定的新能源。我国正探索各种新能源和新汽车,如甲醇汽车、乙醇汽车、燃气汽车和电动汽车。这种频繁的燃料变动,使汽车的研究、开发、使用造成很大困难。难于长远规划和研究开发出高水平的汽车,并难于组织大量生产。我国亟需选择和尽快
发展像石油那样长期稳定的百年汽车新能源,为新世纪汽车持续稳定的大发展提供保障。
  「2」要全国统一的能源。因为汽车的运营半径几百公里以至上千公里,要跨省区行驶。如果各地采用不同的能源,如在山西用甲醇,河南用乙醇,北京用天然气等,汽车将难于跨省区行驶。
  「3」放弃天然气、乙醇、蓄电池汽车能源。天然气难于运输,只能在有气的地区使用,不能普及全国城乡,天然气要低温高压缩成液体,供输系统投资大,投资是醇类供应站的10倍以上。只为少数城市车用,难能组织汽车的大量生产和降低成本。
  用粮食制取乙醇作为车用燃料是一种消化陈粮的短期做法,乙醇价格太高,普及使用乙醇汽油需国家大量的财政补贴,同时乙醇汽油损伤油箱和化油器,影响汽车使用寿命。近期召开的国务院179次常务会议决定,今后将不再新上粮食乙醇项目,现有的粮食乙醇定点项目也要逐步转为非粮路线;由于耗资巨大,煤制油今后不再建新的项目。国务院的这一决策,给各地一哄而起的粮食乙醇、煤制油投资冲动踩了刹车,避免了我国在探索石油替代能源的发展之路上再走弯路,同时给国内煤制甲醇燃料产业带来了新的发展机遇。蓄电池汽车续驶里程只有100km,只能在城市中使用。
  「4」甲醇汽油的推广需要政府制订相关政策,给予大力支持。目前推广煤基甲醇燃料发展
迅速,但推广进展并不顺利,这已成为制约醇醚燃料发展的瓶颈。为此,山西、陕西、四川和黑龙江等地分别制订和颁布了M5、MIO、M15车用甲醇汽油6个省级地方标准。2006年以来,为论证甲醇燃料的可行性,国家发改委会同国家能源办、科技部、农业部、卫生部、环保总局、林业局、国家标准委、清华大学等部门和单位,组织近百名专家分5个专业组赴河南、山东、辽宁等地进行专题调研,结论是“煤基液体燃料具有较好的资源基础和技术基础,是今后三五十年主要过渡性替代燃料,是可能将我国石油对外依存度维持在50%左右的现实选择”。而甲醇汽油的国标也在加快制定中,其中高比例甲醇汽油拟于2007年完成,低比例甲醇汽油标准拟于2008年完成。况且,这次国务院对发展过热的粮食乙醇、煤制油踩了刹车。可以预期,作为一种经济可行、节能环保、利国利民的替代能源,甲醇燃料投入使用指日可待。
  「5」改造甲醇汽车与甲醇燃料输配系统的建立必须同时进行。
  「6」解决甲醇汽车的燃料加注问题,加强对使用甲醇汽油车辆的售后服务工作。