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中石化:生物航煤笑傲蓝天

2013年06月07日

2013424日清晨,笼罩在轻薄晨光中的上海虹桥国际机场此刻荡漾着别样的期待。

543分,在人们略带紧张的期盼目光中,一架普通的空客A320型飞机带着令人振奋的轰鸣声冲入云霄。708分,经过85分钟的飞行,飞机稳稳地降落在跑道上。“飞行过程中动力很足,与使用传统航空燃料没有区别!”步出舷梯,机长刘志敏、周晓青激动地汇报。

“我们成功了!我们生物航煤的质量是世界一流的!”等待多时的中石化领导和工作团队激动地鼓掌欢呼。他们不能不兴奋,因为这标志着中国自主研发生产的1号生物航煤在商业客机首次试飞取得成功,中国成为继美国、法国、芬兰之后第四个拥有生物航煤自主研发生产技术的国家。由此,中国石化(600028,股吧)成为国内首家拥有生物航煤自主研发生产技术的企业,开启了生物航煤的新时代。

生物航煤是指由生物质加工生产的、可替代传统航煤并能在全生命周期实现温室气体减排的液体烃基喷气燃料。通俗地说,就是以可再生资源为原料生产的航空煤油,一般以棕榈油、麻风子油、海藻油、餐饮废油、动物脂肪等为原料。

“发展生物航煤对于保障我国能源安全、取得绿色低碳竞争优势具有重要战略意义。”中国石化石油化工科学研究院航空燃料专家陶志平表示。

瞄准生物能

节能减排,降低环境污染,提倡环保经济,一直以来都是全球共识。在航空领域亦不例外。

此前,欧洲议会和欧盟委员会通过法案,201211日起将国际航空业纳入欧盟碳排放交易体系。这意味着全球4000多家经营欧洲航线的航空公司需要为超出配额的碳排放支付购买成本,其中进入欧盟征税名单的中国航空公司有33家。虽然中航协一直表示反对,但从全球来看,建立碳排放体系和实施碳减排正逐步在全球航空产业形成共识。

业内有专家算过一笔账,按欧盟碳税的征收方法,中国民航业未来9年将累计支出约176亿元人民币。这还只是一个相对保守的估计。随着碳交易配额需求的不断增加,中国航空公司支付的碳减排成本有可能成倍增加。

不仅如此,根据我国“十二五”规划,到2015年单位GDP二氧化碳排放降低17%,单位GDP能耗下降16%。同时,我国也已经在哥本哈根气候大会上承诺,到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%45%。为此,中国民航局提出了“到2020年我国民航单位产出能耗和排放比2005年下降22%”的目标。

除了节能减排的压力外,我国航空煤油行业还面临资源紧缺的压力。2011年我国航空煤油消费量超过1800万吨,居世界第二位。据预测,未来全球航空煤油需求每年增长不足5%,而我国以每年10%以上的速度增长。在石油炼制过程中,直馏航空煤油馏分仅占原油总量的4.8%,即使加上部分重油的加氢裂化,航空煤油馏分也仅占20%左右。国内石油需求的巨大缺口,必将影响未来航空煤油的稳定供给。

多重压力将生物质燃料推到台前。生物质燃料以其在节能减排、绿色环保等方面的突出优势吸引了大众目光。可以说,生物航煤在燃烧中排放出的二氧化碳、硫化物等远远低于矿物燃油,况且生物质在生长过程中也会从大气中吸收大量的二氧化碳。

“相较于传统航煤,生物航煤可实现减排二氧化碳55%92%。生物航煤不仅原料可以再生、具有可持续性,而且无须对发动机进行改装,具有很高的环保优势。”多位中石化专家表示。

资料显示,目前我国已成为年消费量近2000万吨航空燃料的消费大国。据国际航空运输协会预测,至2020年中国民航飞机加油量达4000万吨,生物航煤达到航油总量的30%,也就是1200万吨。按照每吨1万元计算,意味着到2020年中国民用航空生物航煤市场总值将超过1200亿元,市场前景广阔。

事实上,对生物航煤的研发在国际上早有先例,国外石油公司生物航煤技术的研究有些已取得显著进展。一些欧美国家和日本等国2008年开始就广泛开展了生物喷气燃料的示范飞行,20116月进行了世界上第一次生物航煤商业化飞行。据悉,20112012年,全球生物航油已在9个航班上实现了商用。

出于践行低碳战略的使命,更因为意识到生物航煤的前景和战略意义,占有国内航油70%市场份额的中石化早在2009年就启动了生物航煤的研发。2011年,中国石化将下属杭州炼油厂原有装置改造成一套2万吨/年生物航空煤油工业装置,并成功进行了制备生物航空煤油的工业试验。而此次1号生物航煤的试飞成功,标志着中石化拉开了我国生物航油商业化进程的序幕。

攻坚克难

“生物航煤的研发过程是一段艰苦奋斗的探索之旅,也是一段自力更生的创新之旅。”提起424日中石化1号生物航煤试飞成功,陶志平觉得自己和同事们所有的辛苦都有了补偿。

生物航煤的燃烧性能关系到发动机的动力,这是决定成功与否的关键。因此,在试飞试验程序中重点比较了生物航煤与普通航煤对发动机推力的影响。“使用中国石化自主开发的生物航煤生产技术,我们把植物油变成了与普通航煤组成和性质基本一致的组分。与普通航煤相比,这种生物航煤基本不含芳烃、硫、氮等杂原子,具有燃烧性能好的优点,发动机动力更充足。”实验结果证实了陶志平的自信。

整个飞行过程中,机长及机组人员对飞行过程中的所有试验项目都很满意,对动力性能、飞行参数、油耗等均给出很高评价。各种赞誉涌向中国石化的生物航煤研发团队,多年来自主研发高端技术的艰辛在这一刻都化作欣慰。

由于生物航油的研发属于前沿领域,充满了不确定性,因此国内外很多企业采取技术合作的方式推进。中石油与国际巨头霍尼韦尔公司合作,于2008年生产出首批15吨生物航煤。2012年,中国商飞与波音公司共同出资建立中国商飞—波音航空节能减排技术中心,向生物航油发起冲击。中石化则全力自主研发。20096月,加氢法生物航煤技术研发项目正式立项。2011年,生物航煤研发与应用项目升格为中国石化十条龙攻关项目。

以动植物油脂为原料生成符合喷气燃料要求的生物航煤产品,在我国还是全新课题,技术难度和生产风险让很多公司望而却步。

“生物质资源要通过化学转化,变成完全适应发动机性能的燃料油,要在不改造发动机的情况下,直接与传统化石燃料调配使用,对技术开发提出了很高的要求。”研发过程中难点多多,中国石化石油化工科学研究院院长龙军深有感触。

好在早于2006年,石科院就开始了生物油脂加氢技术的开发,有了深厚的技术积累。在研发模式和方法上,石科院突破传统思维,大胆应用领先的分子炼油理念,从分子水平认识原料和目标产物的性质及结构特点,研究反应机理与反应过程。经过全体研究人员团结一致,一次次不断试验、总结和反复调整,最终完成了将动植物油转化为生物航煤的成套技术开发。要知道,目前国际上只有少数几家公司开展这方面的研发。

在此过程中,中石化不断摸索创新。飞机在空中温度要低到零下几十摄氏度,因此航空煤油必须具有良好的低温流动性,而目前的生物油一般由动植物油混在一起,冷凝点太高。中石化自主研发的生物航煤技术完全解决了这一问题。“航油标准的冰点是零下47摄氏度,而用我们技术生产的生物航煤产品冰点可以达到零下60多摄氏度。”中国石化科技部炼油新产品和新能源开发专家李毅对《国企》记者表示。

地沟油变身航空燃料的加工技术也是其一。龙军表示,该工艺突破了以往原料范围的局限性,既可以是椰子油、菜子油、麻风树油等木本植物油,也可以利用餐饮废油、海藻油和动物油脂及费托合成生成油等,原料范围十分广泛。据悉,201112月,中石化以棕榈油为原料生产出了合格的生物航煤。201210月,成功生产出以餐饮废油为原料的生物航煤。

就是在与一个个挑战的正面交锋中,中石化自主创新,生物航煤技术赶超了国际水平。

瓶颈待解

中国自主创新的技术往往不能成功地进行商业化,已经成为中国式的研发困境。也正因此,业内人士纷纷担忧中石化自主创新的生物航煤技术叫好不叫座:“虽然技术难题已被解决,但如果生产成本难以降低,今后的商业化之路仍步履艰难。”

陶志平也直言,发展生物航煤具有广阔前景,但目前价格是普通航油的两倍以上。突破成本过高的瓶颈,是生物航煤商业化必须跨过的关口。

“原材料成本和工艺成本助推了生物航煤的制造成本。我们的工艺已经很精简,成本很难在短期内大幅降低。唯一的出口在于原材料成本。但是,餐饮废弃油在2011年每吨价格超过7000元,与食用棕榈油价格接近。”李毅对记者说。

原料持续供应也成问题。为了避免与人争粮,生物航煤的原材料往往来自多种富油植物。以中国石油(601857,股吧)为例,目前已建立了一个120万亩的生物原料种植基地。但是富油植物的种植需要时间,也难以大规模种植。“有些植物有地域气候的限制,有些可能多年后才能采摘,大规模种植又存在与粮争地的问题。这些因素都导致了加氢法工艺路线所需原材料的匮乏。”李毅表示。

不与天争时,不与粮争地,循环利用是否可行?中国一年动物和植物油消费总量2250万吨,所产生的餐饮废油意味着巨大的生物航煤原料来源。但是,由于回收渠道的不健全,回购成本巨大,很多生物能源企业甚至无“油”可用。

“贩卖地沟油利润巨大,航油企业抵不过小贩的高价回收,每年至少有200~300万吨餐饮废弃油流回餐桌。”厦门大学中国能源经济研究中心主任林伯强强调,地沟油是生物航煤燃料中最能大规模利用的原料,地沟油利用不好,商业化运营几乎免谈。林伯强建议,政府部门应该高价回收地沟油,同时严厉打击地沟油回流餐桌的行为,并给予生物航油企业一定的补贴,推动行业的发展。

据悉,在生物燃料中,除了规模较大的燃料乙醇外,其他品种还没有得到补贴。而在国外,为增强能源多样性,实现能源独立和安全,不少国家对生物燃料生产制定鼓励政策,尤其针对用于交通运输的生物燃料制定了特殊优惠政策,包括制定强制性的调和标准、对生物燃料提供补贴、减免税负、给予研发资金支持等。目前有31个国家确定了生物燃料调和标准,至少有19个国家和地区实施了燃料免税和生产补贴政策。李毅对记者表示,国家的政策导向和支持对生物航煤发展至关重要。目前,杭州石化因与杭州市产业发展战略不符而被要求搬出。

虽然当下生物航煤的商业化规模生产是“好事多磨”,但中石化依然信心满满。“中国石化下一步将致力于拓展生物航煤原料来源,持续提升技术水平和产品竞争力,为航空业减排增效提供可靠的油品解决方案,同时加快推进生物航煤的商业化应用,为我们共同的蓝天绿水做出应有的贡献。”李毅告诉记者。

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世界各国对发展生物燃料的支持政策

世界上主要的生物燃料生产国或组织主要有美国、巴西和欧盟。美国以玉米乙醇为主,巴西以蔗糖乙醇为主,欧盟以生物柴油为主。

美国主要通过税收减免条款、燃料中乙醇混合比例的规定以及制定乙醇消耗量的方式推动生物燃料的发展。《能源独立和安全法案》要求,到2022年生物燃料用量达到360亿加仑。美国汽油一般调和10%乙醇。在税收方面,根据燃料乙醇特许权税课税扣除制度规定,燃料乙醇调和商可享受0.45美元/加仑的消费税减免优惠。

巴西要求在汽油中混合20%25%的乙醇。巴西的蔗糖乙醇补贴建立起了以政府补贴与对甘蔗种植者和提炼者进行税收削减为基础的全国生物燃料生产链。同时,无论是纯乙醇还是混合乙醇,都可免除消费税。巴西还通过补贴乙醇混合能源动力型汽车,以乙醇混合性能源替代传统能源的使用。

欧盟一直对生物燃料进行大规模补贴。2009年通过的《可再生能源指令》要求到2020年,生物燃料占交通运输汽油和柴油的比例最低达到10%2020年之前对产自油菜籽、玉米和其他食品生产原材料的燃料均进行补贴。种植燃料作物的土地将会得到每亩45欧元的补贴。

目前,有31个国家确定了生物燃料(燃料乙醇和生物柴油)调和标准,至少有19个国家和地区(包括10个欧盟国家和4个发展中国家)实施了燃料免税和生产补贴政策。

来源:《国企》