CN102154040A

CN102154040A - 生化原油

Info

Publication number: CN102154040A
Application number: CN2011100691256A
Authority: CN
Inventors: 窦观一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2011-08-17

Abstract

本发明公开了一种生化原油，主要由生物油与石油和/或醇醚燃料组成。本发明从原料阶段就用生物质颠覆性的替代化石石油，建立一个不依赖化石石油的经济结构，通过盐碱和矿产废弃地的生态修复，在发展生物炼制的同时推动重化工业的绿色化；利用现有的石油生产炼制销售***或炼油、化工厂及清洁燃料企业等设备调配；可用泵抽吸、储存及通过管道、公路、铁路和油船运输。使原本淘汰的落后或污染产能转变成“绿色油田”“低硫炼油厂”和“绿色化工厂”，不仅投资少、成本低、上马快，在开发的过程中保护环境，避免原有的巨大产能变成“废资产”，从而促进新兴产业和低碳经济的跨越发展。

Description

生化原油

技术领域

本发明涉及一种清洁替代能源。

背景技术

石油、煤炭及生物质是世界的主要能源。目前，中国从中东、北非进口石油已达1.3亿吨，对外依存度已超过56%，而美国只进口8000多万吨。从经济规律看，决定21世纪那个国家能走在前面的关键，在于其能否建立一个具有不依赖或少依赖不可再生能源的经济结构。随着污染和不可再生问题的日益严峻，转变经济发展方式，发展清洁替代能源已刻不容缓。现在国家大力推动经济进入创新驱动、内生增长的发展轨道。而不依赖化石能源的“创新驱动”要从源头上做起。目前世界生物能源都是从成品阶段进行替代的，比如燃料乙醇、生物柴油。如果进行颠覆性的技术创新，从原料阶段（原油）就替代，让“生物炼制”原料混配到煤基化学、石油基化学的绿色发展过程之中；在发展生物炼制的同时，推动石油、煤炭重化工业的绿色化；使原本淘汰的落后或污染产能转变成“绿色油田”“低硫炼油厂”和“绿色化工厂”。不仅投资少、成本低、上马快，而且在开发的过程中保护环境，还避免了原有的巨大产能变成“废资产”。促进战略性新兴产业和低碳经济的跨越发展。

生物油是利用各种农林废弃物（如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等）制备而成的一种类似原油的生物燃料。因和石油相似，被称作“生物质原油”，区别于在成品油阶段混配使用的生物柴油和燃料乙醇。生物燃料是替代石油和实现重化工业绿色化的重要途径。由于生物油与生物柴油和乙醇一样具有生态“零”排放的特点，被加工成重油/柴油的一种绿色替代品应用于锅炉、窑炉等热工设备以便取暖或发电。由于原油价格的波动将对重化工产生重大影响，尤其是炼油主导型企业和以原油为原料的化工企业，油价的上扬会直接进入成本。因此假如我们改变生物油的化学组成，在改造过的炼油厂，生物油完全能和原油混配，联合起来进行加工。再经过炼制，就可得到硫、氧、氮等含量低的车用汽油和柴油，作为汽油发动机和柴油机用清洁燃料；经过深加工，还可以得到高附加值的化学品和化工原料。这一颠覆性的技术创新的好处是：

——投资少。中国石油工业重要特点之一是催化裂化加工能力远远大于催化重整和催化加氢加工能力，目前提供高质量汽油和柴油组分的能力有限。而中国的炼油厂是按照加工低硫原油设计的，现存的加氢脱硫装置不足，如改造则投入巨大。中国汽油的主要特点是硫含量和烯烃含量高，同样柴油硫含量也高。当前，世界主要发达国家都把降低硫的含量作为生产清洁汽、柴油的重中之重，予以高度重视。欧盟把降低汽、柴油硫含量至较低水平看作引入可执行欧Ⅲ和欧Ⅳ排放标准的先进汽车技术的先决条件，并于2005年开始使用硫含量低于10ppm的汽油和柴油，2011年完成向这种低硫燃料的过渡。目前国内外石油化工产业界都在化大力气争取提高汽油和柴油产量并改善产品环境指标，但技术难度很高，投资巨大。如果发挥生物油和石油的各自优势，改变目前仅从成品阶段进行替代的工艺，将替代石油的生物油与石油在原料阶段混配后再使用，可以很好地解决这些问题，大大降低绿色化改造的成本。

眼下世界上的石油只能用100年，煤的储量也不多了。但根据估算，全球每年产生的生物质能得储量为1800亿吨，是取之不尽、用之不竭的资源。加速发展替代石油的低硫清洁燃料，降低油耗满足排放标准，已迫在眉睫。由于燃料乙醇和生物柴油基本上不含硫和芳烃。世界各国均采取在成品油中混配替代的办法来生产低硫清洁燃料，这样“重起炉灶”的投入巨大。与化石石油相比，生物油硫、氧、氮含量低，并且灰分少，对环境污染小。从原料阶段就替代和降低硫、氧、氮等含量与在成品油中替代的效果是一样的。另外，生物油可以按今天对化石原油完全同样的方式用泵抽吸、储存以及通过公路、铁路和油船运输，这极大地便利了生物质或清洁原料的处理并减少了巨大的投资。

生物油虽然与化石原油的性能、用途、炼制工艺很接近，价格也比燃料乙醇、生物柴油要低，但要使品质接近普通的车用汽油和柴油作为汽油发动机和柴油机用燃料或深加工得到高附加值化学品和化工原料，还要重新投资一套设备，必须有巨大的新投入。为满足生物油的工业化生产需求量，必须在广大地区收集秸秆等生物质。然而，能量密度低的占空间的生物质原料远距离运输是不经济的。因此，要把分散的生物质原料集中转换为易于处理和存储的“生物油”，使这一生产设备“小型化”，可进一步降低生物油的生产成本，但也需要新的投入。另外，目前国内“煤变油”的投入产出比仅从设备来讲，生产1万吨油就需要1亿元的投资，而沿海炼油厂扩建的投入产出比是每1万吨的投入是1000万元，仅十分之一。两笔账相比，煤炭液化投资过巨，没有利润可言。

——成本低。当前，影响世界生物燃料发展的关键是原料和价格。例如，中国属于第三代，含5％微藻的生物柴油，将在部分城市销售。如推广含5％的“微藻柴油”，需求量将是600万吨。两院院士闵恩泽认为，首先是成本。微藻柴油项目的产业链很长，藻类的培养成本很高，制成品的价格是目前石油的好多倍；其次，微藻柴油项目要投产，规模要很大才能做，而现在各个研究机构的生产规模都很小；再次，难以找到合适的生产场地。在藻类培养中，藻类的密度只能到1％～2％，太密，藻类就无法吸收阳光。微藻生长对阳光和水的高要求，需要大型的场地。另外，生物燃料的应用与国际油价密切相关，价格往往是“创新驱动”的关键因素。从1982～1993年间，Shell公司利用农林废弃物开发出了生物油产品，生产成本约20～40美元/桶。之后，化石原油的生产成本仅为12美元/桶。因此在当时生物油的应用很不经济。其实，20世纪70年代美国曾出现过许多替代能源项目，以应对当时走高的油价。但是到了80年代，当油价有所回落时，新能源就被抛到了脑后。一旦油价跌至60～70美元/桶，大家就会跟这些可再生能源的应用说再见了。

30年后的今天，国际油价已突破100美元，生物油的低价优势凸显。利用“生物质原油”部分代替“化石石油”，从原料阶段（原油）就替代，让“生物炼制”原料混配到煤基化学、石油基化学的绿色发展过程之中，成本最低。特别是利用秸秆和不长粮食的非耕地、盐碱地上种植的竹柳、甜高粱、棉花等制造的生物油可获高得率，其最高转化率高达70%，每吨成本仅1000多元。而现在每吨原油的价格是4000多元。在原料阶段（原油）就替代，在原油中混配生物油以替代化石原油，不仅加工简单，而且原料售价不到石油的1/3。相比之下，假如按目前在成品油中混配生物油的办法计算，加上将生物油精加工成可以用作汽油机和柴油机燃料的成本，按照4吨农林废弃物可以生产2吨生物油，所得2吨生物油热值相当1吨汽油或柴油，可替代1吨汽油或柴油；化石成品油价格为每吨7000元，在成品油中混配的生物油售价大约每吨是6000元。

——上马快。我国沿江沿海地区要发挥港口运输的作用，发展一些上马快的大型石油和煤炭重化工业，对经济有巨大的推动作用。但由于环保门槛很高，企业和政府往往处在“环保”和“发展”的两难之中，存在极大的决策风险。与国产原油相比，进口原油的硫含量高，随着进口高硫原油的比例逐年增加，加快发展低硫清洁燃料，将大大促进我国节能环保产业的发展。煤炭和原油炼制是一种在全世界无数的工厂得到使用的工艺。“低硫原油”与“高硫原油”一样属不同品质的“老产品”，“生物油＋化石原油”，从原料阶段（原油）就替代，得到的含有生物质原料的“低硫原油”，经过修订完全可以使用现有的老工艺和标准。同样，用“低硫原油”炼制生产的低硫产品，经过修订也完全可以使用现有的老工艺和标准，这样，一般当年就能有产品投放市场。而“精制生物油＋成品油”所得到的含有生物质原料的“低硫成品油”，是一种新产品，是不可以使用现有工艺和标准的。同样，用生物油炼制生产得到的化学品和化工原料，是一种新的生物化学品和化工原料，显然也不能使用现有老的“化石原油”工艺和标准。而要将新产品投放市场，除了要各种各样的手续外，还要制定新的工艺和标准、经过几年甚至十几年的试验和试产、鉴定和报批。一晃几年，说不定国际油价又回落了，此时大家又会将这一新产品抛到了脑后，跟这些可再生能源的应用说再见了。

说到“沿海地区”，人们总会想到发达富足，港口便捷和高速发展的经济。但日本大地震和海啸造成的巨大人员和经济损失，及频发的核电站事故，促使人们再次思考，把“经济和能源重心”放在沿海是否合适？沿海离不开石油、煤炭及生物质这些世界的主要能源。德国化学会***亨宁·霍普夫在“生物炼制”的序言中指出：在煤基化学发展150年、石油基化学发展50年之后，工业化学进入了一个新纪元。21世纪，可再生原材料的利用在工业规模物质的化学转化中将占有更重要的地位。将经济形态调整为以可再生原材料为基础的经济，需要使用全新的方法。从基于化石原料的化学向基于生物学的现代科学技术进行必要的转变，是一项智力挑战。然而，由于生物化工和化石工业条块分割，各自为政，相对割裂，没有形成紧密联系导致既未充分发挥“生物炼制”巨大作用，又造成化石资源的闲置浪费。到目前为止，“生物炼制”的内容仅是基于微生物学的“生物基经济”，而对基于绿色原料（清洁、可再生）的替代，即通过源头上“生物质＋化石原油”的方法，改造煤基和石油基化学，进而加快绿色化工进程，却没有人涉及。事实上，目前企业和政府即使要发展“生物基经济”上绿色化工项目，但“重起炉灶”投资巨大，而且产品价格昂贵，还要与原有产能争市场。这样就会诱导企业滑向搞小化工、小冶炼，重复走过去低水平建设的老路。因此仅是“生物基经济”，不利于推动新兴产业做大规模、壮大实力、结构优化、质态提升。

与燃料乙醇、生物柴油等“生物炼制”相比，“生物质＋化石原油”路线具有更好的生态效益。其一，发展“生物质＋化石原油”不用水。现有“生物炼制”需要大量的水资源，且炼制产生的废水既破坏环境又消耗能源，目前国内有：资源性短缺；工程性短缺和污染性短缺等三种水资源的短缺情况。而保护水源问题比“18亿亩”耕地红线更为突出。其二，利用农林废弃物生产燃料乙醇和生物柴油还不成熟。目前的最好的原料是“粮和油”，这必然要“与人争地，与粮争肥”，废水废渣还要破坏土壤。以油菜生物柴油为例，一亩地可收1000斤油菜籽，需要50斤尿素、200～300斤化肥、100斤磷肥。3斤菜籽榨1斤油，一亩地可大约生产333斤能够作为生物柴油的菜籽油。但是，给这些菜籽施肥的化肥和尿素也来自化石能源，最终一亩地供应的生物柴油不到100公斤，而生物柴油的热值还不到化石柴油的90%。生物油的最好原料就是农林废弃物，只要将废弃物投入到生物油设备中就能出油。其三，利用生物油通过较为简单的工艺能制备肥料和土壤调节剂。它含有多种微量元素，能够控制土壤酸度，刺激植物生长，同时有可能解决因单独使用含氮化肥造成的江河湖泊的污染问题。生物油加工方法之一是粉碎后加热使其分解为化合物，之后再将这些化合物合成为液体燃料。一般每公斤原料经加工后，能得到0.5～0.7公斤生物油、0.20公斤生物碳（可以收集起来制作肥料还田）和0.20公斤的可燃烧气体。生物油废渣非但不破坏土壤，还能改良土壤，为生态修复作贡献。

生物油的原料还可从中国急需生态修复的盐碱地、矿产废弃地中来。比如，竹柳、甜高粱、棉花等植物不仅生物量大而且还耐盐碱，非常适合盐碱或矿产废弃地的生态修复。目前，一亩竹柳能源林一年最高能产6～7吨生物油，如以竹柳、甜高粱、秸秆等4年平均每年产1.6吨计算，2000亩盐碱或矿产废弃地每年能产3200吨生物油，而投资年产3600吨生物油的生产设备不超过500万元。现在国际上每吨原油的价格是4000多元。假如生物油的价格按1000～3000元销售，2000亩盐碱或废弃地生物油每年销售额是320～960万元。不到一年即可以收回生物油的生产设备成本。据统计，在我国可利用的后备土地中，盐碱地就有1.6亿亩。全国矿区累计被破坏的土地达到4320万亩，仅大中型煤矿就占2430亩。此前，全国大中型煤矿建有林场102个，有林地210万亩。如果利用8000万亩盐碱或矿产废弃地种竹柳、甜高粱、棉花等，每年能生产1.28亿吨生物油，设备投资不超过2000亿元。生物油的价格如按2000元销售，每年销售额达2560亿元。这样，通过利用8000万亩盐碱或矿产废弃地生产的1.28亿吨生物油替代从中东、北非进口1.3亿吨石油，将使我国石油对外依存度降到接近于零，从而彻底摆脱对进口石油的依赖。

另外，利用8000万亩生产“生物质原油”，还可以新提供2000万个原料生产岗位，26万个加工生产岗位和320亿元的原料加工收入。这就相当把一个个的绿色油田搬到了盐碱或矿产废弃地上，每个2000亩的盐碱或矿产废弃地就相当于每年能产1800～2100吨生物油的“绿色油井”；一个只有盐碱或废弃地的贫困村庄就相当拥有了一口油井的绿色工厂。而建设成本仅相当于中小型油田的1/5，建设周期相当油田的1/2～1/3，而且是永不枯竭的“绿色油田和低碳油井”。另外，如再改造一批大中小型原本闲置或要淘汰的化石原油炼油厂、化工厂，让它们使用由生物油和原油混配的原料，与生物油联合起来进行生产。经过炼制可得硫、氧、氮等含量低的汽油和柴油及高附加值的“绿色化学品和化工原料”。

醇醚燃料是被世界上普遍看好替代石油的理想清洁燃料。其成本和污染都低于人们近年来致力开发的液态丙烷和压缩天然气等低污染替代燃料。生物油不能和甲苯、苯等烃类溶剂互溶，但可溶于甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、二甲醚等“醇醚燃料”。生物油作锅炉燃料使用，特别适合于中小燃煤锅炉的改造，以其代煤减少煤灰的排放。用前就是加入醇醚燃料降低酸度，增加热值30%左右，同时降低闪点和黏度。经过分馏还可以得到香料、溶剂、树脂等。一般甲醇、二甲醚是以生物质或煤或天然气为原料,通过合成气（CO/H2）,在一定温度和压力下催化转化而成的含氧燃料。由于醇醚是比较纯的化合物，不含硫及其它复杂有机化合物，所以具有环保、热效率高、适应性强等优点。我国高硫低质煤占总储量一半，一般1.5～1.6吨煤可制一吨醇醚燃料，比起直接液化制油吨用煤3.5吨和间接液化制油吨用煤4.5吨有明显的成本优势，目前进口煤炭比国产便宜，醇醚燃料生产成本大体在每桶30～50美元左右。利用廉价高硫煤及炼焦时排放的煤气或进口煤制醇醚燃料生产成本低廉。

另外，用合成气可以制出甲醇，如走通“甲醇制烯烃”的关键一步，“醇代油”便成为可能。从石油中可提取液化气、汽油、柴油和乙烯、丙烯等燃料和工业原料，把乙烯、丙烯进行聚合，可生产各种化工产品。2006年，我国最大的煤炭工业集团神华集团与中国科学院大连化学物理研究所合作成立合资公司，兴建世界首套、全球最大的煤制烯烃装置，可年产烯烃60万吨。投入180万吨甲醇，甲醇几乎100%转化，获得60万吨烯烃，乙烯和丙烯的含量超过80%。由此分离出的乙烯和丙烯变成了合格的聚乙烯、聚丙烯—日常生活中常见的薄膜、塑料盒、电视机外壳等等，都用它们加工生产。“醇代油”将丰富我国的能源储备方式，同时能“救活”我国的甲醇行业。由于前几年一哄而上，我国甲醇行业产能过剩且生产成本过高，若新技术得以推广，可为这些甲醇企业的产品找到新出路。又由于国际市场甲醇价格正处低谷，而甲醇能长期储存，我国还可考虑收储甲醇，作为一种资源储备。

甲醇可以制烯烃，而丙烯可以制丁醇（羰基合成法）还可以制丙酮（直接氧化法）我国生物质气化合成甲醇、丁醇等有一个独特的、国外无法比拟的优势，就在于我国有大中小型甲醇厂200多家，其中绝大部分为中小氮肥企业中的联醇，而这些联醇厂家，大部分均采用Shell、GSP、Lurgi和恩德煤气化技术生产合成气，或者以天然气为原料制备合成气。在替代柴油时发现混入丁醇可明显改善发动机点火性能，并可防止黑烟的产生。目前丁醇已被美国环保局认定为汽油添加剂，可掺入度高达11%。Argonne国家实验室的试验表明，20%的丁醇-柴油已成功应用于100%燃用柴油的柴油发动机，并可以减少污染物的排放。丙酮和丁醇与成品油的混合比更高，无需对车辆进行改造，就可使用几乎100%浓度的丙酮和丁醇，而且混合的经济性更高。我国是一个多煤、少气、缺油的国家。煤炭资源总量相对较多，而东部既是用电大户，进口煤炭比国产还便宜。按目前技术条件，用250亿美元可建成年产1亿吨醇醚燃料，能代替2亿吨石油；投资600亿美元，可建成年产2.4亿吨醇醚燃料，代替4.8亿吨石油。因此，利用醇醚燃料替代石油，则有可能确保100年能源安全而且只需进口石油所用外汇的十分之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用生物质替代化石石油，成本低、保护环境的生化原油。

本发明的技术解决方案是：

一种生化原油，其特征是：主要由下列重量成份组成：

生物油 0.1～50 ％；

石油和/或醇醚燃料 50～99.9 ％；

还含有0～15％重量的添加剂。

添加剂是丁醇、丙酮、氢、焦炭、沸石、废弃油、改性剂或有机硝酸脂化合物。

还含有0～49％重量的生物柴油、动植物油或氨。

所述的生化原油，由下列重量百分比的成份组成：

生物油 0.1～49％；

石油和/或醇醚燃料 49～99.7％

添加剂 0.1～15％

生物柴油、动植物油或氨 0.1～49％。

制造时：利用现有的化石石油生产炼制销售***及管道或炼油企业、化工厂基础设施或清洁燃料生产销售企业基础设施和专用车辆、设备等作为调配设备。用泵抽吸、储存以及通过公路、铁路和油船运输。由计算机计量，通过调和、搅拌或强制循环或直接加入混配设备中，加入的同时完成了调配。由管道或罐车或槽车分送各供给点销售。

本发明从原料阶段就用生物质颠覆性的替代化石石油，建立一个不依赖化石石油的经济结构，通过盐碱和矿产废弃地的生态修复，在发展生物炼制的同时推动重化工业的绿色化；利用现有的石油生产炼制销售***或炼油、化工厂及清洁燃料企业等设备调配；可用泵抽吸、储存及通过管道、公路、铁路和油船运输。使原本淘汰的落后或污染产能转变成“绿色油田”“低硫炼油厂”和“绿色化工厂”，不仅投资少、成本低、上马快，在开发的过程中保护环境，避免原有的巨大产能变成“废资产”，从而促进新兴产业和低碳经济的跨越发展。

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：

一种生化原油，由下列重量成份组成：

生物油 20 ％；醇醚燃料 18 ％；石油 62 ％。

利用现有的化石石油生产炼制销售***及管道或炼油企业、化工厂基础设施或清洁燃料生产销售企业基础设施和专用车辆、设备等作为调配设备。用泵抽吸、储存以及通过公路、铁路和油船运输。由计算机计量，通过调和、搅拌或强制循环或直接加入混配设备中，加入的同时完成了调配。由管道或罐车或槽车分送各供给点销售。

实施例2：

一种生化原油，由下列重量成份组成：

生物油 0.1 ％；石油 88.9％；

生物柴油、动植物油或氨 11％。其余同实施例1。

实施例3：

一种生化原油，由下列重量成份组成：

生物油 50 ％；醇醚燃料 3 ％；

石油 47 ％；其余同实施例1。

实施例4：

一种生化原油，由下列重量成份组成：

生物油 15 ％；石油 85 ％；其余同实施例1。

实施例5：

一种生化原油，由下列重量成份组成：

生物油 5 ％；石油 70％；

丁醇（或丙酮、氢、焦炭、沸石、废弃油、改性剂或有机硝酸脂化合物）15％；生物柴油、动植物油或氨10 ％；其余同实施例1。

实施例6：

一种生化原油，由下列重量成份组成：

生物油0.9 ％；醇醚燃料 50 ％；

丁醇（或丙酮、氢、焦炭、沸石、废弃油、改性剂或有机硝酸脂化合物）0.1％；生物柴油、动植物油或氨 49％；其余同实施例1。

Claims

1.一种生化原油，其特征是：主要由下列重量百分比的成份组成：

生物油 0.1～50％；

石油和/或醇醚燃料 50～99.9％。

2.根据权利要求1所述的生化原油，其特征是：还含有0～15％重量的添加剂。

3.根据权利要求2所述的生化原油，其特征是：添加剂是丁醇、丙酮、氢、焦炭、沸石、废弃油、改性剂或有机硝酸脂化合物。

4.根据权利要求1、2或3所述的生化原油，其特征是：还含有0～49％重量的生物柴油、动植物油或氨。

5.根据权利要求1、2或3所述的生化原油，其特征是：由下列重量百分比的成份组成：

生物油 0.1～49％；

石油和/或醇醚燃料 49～99.7％

添加剂 0.1～15％

生物柴油、动植物油或氨 0.1～49％。