[00034263]能源化工——安全清潔新型燃油

一、項目簡介 發展“煤代油”,以 “煤基”、“生物基”、太陽能、風能產生的一氧化碳、二氧化碳和氫氣等為基本原料開發能夠突破互溶性、使用安全性、經濟性制約,可大比例添加或完全替代汽油、柴油和民用燃油的含氧燃油，提高燃燒效率，減少對石油的依賴和污染物排放，是我國燃油的根本發展方向。 項目團隊發明了可與汽油和柴油在一定溫度下完全混溶的草酸甲乙酯為代表的燃油新體系；發現了溶液團簇分散規律。新燃油可以以煤和生物質為原料通過合成氣及現有生產平臺低成本、大規模生產，擺脫對石油的依賴。應用評價結果顯示作為汽、柴油添加劑及民用燃油在提高燃燒效率，大幅減排方面效果顯著。草酸甲乙酯系列產品是最具開發潛力的理想燃油，是最安全經濟的線下能源載體。已申請化合物及體系保護。 項目組發現草酸混合酯與燃油的混溶體系溶質是以多分子團蔟形式存在的新規律,開創了有效改善含氧燃料在燃油中互溶性的新途徑。本項目基于多年研發基礎,發明了具有多原料渠道和現成產業平臺、低成本、高效率、安全清潔的草酸混合酯燃油新體系,很好彌補現有燃油及醇醚燃料的不足。并且提出了優于現有燃油的新標準（與汽油、柴油互溶性好，可以較大比例添加，長期放置時不會發生分層；常溫常壓下呈液態，沸點及閃點滿足汽油或柴油要求；抗震性及自燃性好,其辛烷值或十六烷值比汽柴油更高；耗氧量少,熱效率高，能量損失少,污染物排放低；能量密度和儲能效率高；生產成本低，原料有保障）。新燃油體系可以破解現有醇醚燃油及添加劑成本高、儲運和使用過程中安全性差,尾氣污染等影響開發及推廣的難題。利用草酸混合酯體系與燃油的良好互溶性，可以生產任何比例的混合燃油，可作為汽油、柴油、液化石油氣及天然氣的很好替代品或者大比例添加劑,特別是其促進柴油清潔燃燒的功能和替代柴油的開發潛力巨大。 二、技術成熟度 草酸酯的結構通式為R1OOC-COOR2。R1和R2相同時，具有對稱結構，R1，R2均為甲基時，則是草酸二甲酯。當R1和R2不同時，稱為草酸不對稱酯。不同草酸酯的混合物稱為草酸混合酯。草酸酯可水解為草酸和相應的醇。草酸廣泛分布于植物、動物和真菌體中，特別是在蔬菜中有較高含量，在不同的生命體中發揮不同的功能,毒性不大。 草酸二甲酯已可以通過廉價合成氣或甲醇和一氧化碳為原料規?；a。草酸甲乙酯可通過草酸二甲酯酯交換或通過廉價合成氣或甲醇和乙醇混合物及一氧化碳合成，是最具開發潛力的燃油添加劑或替代品，可與汽油混溶和大比例添加到汽油中。其分子中碳含量為45.45%，氧含量為48.48%，氫含量為6.06%，碳:氫原子數目=1:1.6；甲醇分子中碳含量為37.50%,氧含量為50.00%,氫含量為12.50%，碳：氫原子數目=1:4.0；乙醇分子中碳含量為53.33%,氧含量為35.56%,氫含量為13.33%，碳:氫原子數目=1:3.0；可見草酸甲乙酯的碳含量遠高于甲醇，接近乙醇,氧含量高于乙醇，接近甲醇,碳：氫比不到甲醇的一半, 且具有更高的辛烷值和十六烷值。 草酸酯系列化合物的結構、組成、應用及標準已經申請發明專利保護，廈門大學化學化工學院的合成氣直接合成低碳混合醇的高效催化劑技術、本課題組的“模擬龍卷風”高效旋流的過程強化技術及裝備集成等系列重大創新及顛覆性技術可以很好應用于該項目中,借助專利保護及新型燃油體系及標準的建立可以拓展全球市場。 三、應用范圍 本項目以煤炭資源的清潔高效利用和清潔非石油基的燃油體系的開發為應用重點。希望通過全面系統的添加和替代的綜合評價，發展燃油新體系；建設側線中試裝置滿足試驗和批量應用評價需求，開展各種路況和車、船等不同發動機和交通工具的試驗評價和集成優化。正在重點試驗、論證、比較和展現新產品在經濟性、動力性、安全性、環保性、清潔性等方面的優異性能；希望全面系統地開展產品性能測試、臺架及車輛行駛試驗，大量清晰和客觀地展現其應用效果。力圖在柴油清潔燃燒添加劑及高比例添加或完全替代方面實現突破。目前，正準備單獨或添加到試驗和評價柴油中進行柴油轎車、重型柴油貨車、靈活燃料柴油車、船舶、施工機械（包括盾構機）、軍用坦克、柴油發動機等交通或作業工具中的動力效果及污染物減排情況，同時開展汽油、航空燃油、民用燃油的添加或替代效果評價。完成燃油定型，制定企業標準、地區標準和國家標準，完成報批,爭取政府職能部門的生產及銷售許可，盡早獲得市場準入資格和用戶認可。 與汽油、柴油互溶性好，可以較大比例添加，長期放置時不會發生分層。草酸甲乙酯或其它低碳混合醇草酸酯粘度適當可與汽油或柴油混溶,溶解膠質和潤滑性能更好，可有效避免堵塞噴油嘴和腐蝕金屬管路,在水中溶解度很小，是理想的燃油添加劑。耗氧量少,熱效率高，能量損失少,污染物排放低。特別適合作為高原地區燃油和航空汽油,在30%以下的添加量情況下,不用改造汽油機或柴油機系統。 四、投產條件和預期經濟效益 生產草酸甲乙酯至少比對應的甲乙醇少用一半的氫氣,可減少或省去水煤氣變換投資,減少二氧化碳排放；生產草酸甲乙酯的理論碳單耗為0.5噸,甲醇為0.75噸,乙醇為0.78噸,甲烷為1.7噸，可以大量利用鋼鐵廠“三爐氣”及其它合成氣為原料。可見，草酸甲乙酯原料消耗低的優勢明顯; 草酸酯生產中的酯化和加成耦聯的反應溫度和壓力比甲醇低,單程轉化率高達90%,生產能耗比甲醇更低；在同樣生產規模情況下,草酸酯的投資和生產成本比對應的醇更低,且更適合利用煤基或生物基碳氫比低的原料，具有大規模、低成本、多原料渠道和現有生產平臺及成熟的生產技術儲備，可迅速實現產業化，優化能源結構的潛力巨大。 如果同時采用廈門大學開發的以合成氣直接催化合成甲醇和乙醇或C1—C8低碳混合醇的新型高效催化劑直接混合醇原料及獨創的具有過程強化效果的模擬"龍卷風"技術開發的旋環流漿態床及氣霧床,還可以大幅提高甲醇及低碳混合醇的單程轉化率,進一步降低體系壓力和充分利用反應熱,顯著提升裝置產能,大幅降低投資成本。因此草酸混合酯的生產成本有望接近甲醇成本,可能僅有發酵法或甲醇法合成乙醇成本的一半,也低于原油為原料的燃油加工成本?？梢姡铣珊头蛛x過程簡單，能耗、物耗低，過程能量損失及碳排放量少，合成成本低是草酸混合酯的最大優勢。借助新型催化劑、高效節能裝備及草酸酯原料碳和氫氣消耗少可更多利用一氧化碳的多重優勢,通過持續的集成工藝包研發,還可進一步減少生產過程的能量損失和二氧化碳排放，擴大綜合性價比優勢。 可以利用多種現有的生產平臺及原料渠道:發電廠、城市煤氣廠的水煤氣，合成氨廠、甲醇廠、乙二醇廠等煤化工企業的合成氣資源及鋼鐵、冶金行業大量的焦煤氣、高爐氣、轉爐氣、黃磷尾氣、電石尾氣等廢氣資源，生物質氣化原料氣及核能、太陽能、風能的電解氫及回收二氧化碳等?？梢劳醒邪l、產品應用、實施轉化、工業化及團隊等已有資源,進一步針對具體產品的集成創新降低投資及產品成本,提升裝置產能，進行產業鏈優化，增強綜合競爭力。原油加工生產汽、柴油的噸成本在2000元左右（扣除原油和副產物成本),汽、柴油的噸銷售價格至少在5000元以上。草酸混合酯具有比汽、柴油更豐富的原料來源和可持續原料保障，以合成氣為原料的草酸甲乙酯生產成本接近甲醇,投資和生產成本降低潛力還很大。 項目總投資計劃20000萬元人民幣。分二期進行投資。第一期投資3000萬元人民幣。主要用于產品評價、中試側線等研發平臺建設、催化劑現場掛線評價裝置、高效節能裝備試驗示范及以合成氣為原料的全套千噸/年中試平臺建設;重點新型催化劑和反應器評價,產品生產和定型,配方優化和產品全面評價。委托臺架及行車測試,購買及租用試驗用各種車輛費用;設備添置、安裝調試、原料購買、中試基地水電費,聘用司機和研發配合人員的勞務費用;配方研發、產品定型，應用拓展、全套工業包開發、各方協作和對外委托測試費用等。第二期投資17000萬元人民幣。在獲得地區銷售許可的前提下,規劃和實施以現有的甲醇生產線為改造基礎,配套建設20萬噸/年草酸混合酯及定型燃油產品生產裝置。本項目開發有助于保障國家能源安全，適合中國國情，符合可持續發展要求,有助于建立高效清潔利用煤和生物質等可再生資源的燃油新體系，發展和壯大萬億級能源產業群,滿足巨大的產品市場。本項目將通過技術創新和成果轉化帶動體制和機制創新，爭取列入地區和國家新產品推廣計劃和政府采購計劃，助力“碧水藍天”工程。 草酸不對稱酯燃油體系優勢與特色 五、合作方式 技術非獨家授權及區域性產品聯合生產。