[00034263]能源化工——安全清洁新型燃油

一、项目简介 发展“煤代油”,以 “煤基”、“生物基”、太阳能、风能产生的一氧化碳、二氧化碳和氢气等为基本原料开发能够突破互溶性、使用安全性、经济性制约,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，提高燃烧效率，减少对石油的依赖和污染物排放，是我国燃油的根本发展方向。 项目团队发明了可与汽油和柴油在一定温度下完全混溶的草酸甲乙酯为代表的燃油新体系；发现了溶液团簇分散规律。新燃油可以以煤和生物质为原料通过合成气及现有生产平台低成本、大规模生产，摆脱对石油的依赖。应用评价结果显示作为汽、柴油添加剂及民用燃油在提高燃烧效率，大幅减排方面效果显著。草酸甲乙酯系列产品是最具开发潜力的理想燃油，是最安全经济的线下能源载体。已申请化合物及体系保护。 项目组发现草酸混合酯与燃油的混溶体系溶质是以多分子团蔟形式存在的新规律,开创了有效改善含氧燃料在燃油中互溶性的新途径。本项目基于多年研发基础,发明了具有多原料渠道和现成产业平台、低成本、高效率、安全清洁的草酸混合酯燃油新体系,很好弥补现有燃油及醇醚燃料的不足。并且提出了优于现有燃油的新标准（与汽油、柴油互溶性好，可以较大比例添加，长期放置时不会发生分层；常温常压下呈液态，沸点及闪点满足汽油或柴油要求；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,热效率高，能量损失少,污染物排放低；能量密度和储能效率高；生产成本低，原料有保障）。新燃油体系可以破解现有醇醚燃油及添加剂成本高、储运和使用过程中安全性差,尾气污染等影响开发及推广的难题。利用草酸混合酯体系与燃油的良好互溶性，可以生产任何比例的混合燃油，可作为汽油、柴油、液化石油气及天然气的很好替代品或者大比例添加剂,特别是其促进柴油清洁燃烧的功能和替代柴油的开发潜力巨大。 二、技术成熟度 草酸酯的结构通式为R1OOC-COOR2。R1和R2相同时，具有对称结构，R1，R2均为甲基时，则是草酸二甲酯。当R1和R2不同时，称为草酸不对称酯。不同草酸酯的混合物称为草酸混合酯。草酸酯可水解为草酸和相应的醇。草酸广泛分布于植物、动物和真菌体中，特别是在蔬菜中有较高含量，在不同的生命体中发挥不同的功能,毒性不大。 草酸二甲酯已可以通过廉价合成气或甲醇和一氧化碳为原料规模化生产。草酸甲乙酯可通过草酸二甲酯酯交换或通过廉价合成气或甲醇和乙醇混合物及一氧化碳合成，是最具开发潜力的燃油添加剂或替代品，可与汽油混溶和大比例添加到汽油中。其分子中碳含量为45.45%，氧含量为48.48%，氢含量为6.06%，碳:氢原子数目=1:1.6；甲醇分子中碳含量为37.50%,氧含量为50.00%,氢含量为12.50%，碳：氢原子数目=1:4.0；乙醇分子中碳含量为53.33%,氧含量为35.56%,氢含量为13.33%，碳:氢原子数目=1:3.0；可见草酸甲乙酯的碳含量远高于甲醇，接近乙醇,氧含量高于乙醇，接近甲醇,碳：氢比不到甲醇的一半, 且具有更高的辛烷值和十六烷值。 草酸酯系列化合物的结构、组成、应用及标准已经申请发明专利保护，厦门大学化学化工学院的合成气直接合成低碳混合醇的高效催化剂技术、本课题组的“模拟龙卷风”高效旋流的过程强化技术及装备集成等系列重大创新及颠覆性技术可以很好应用于该项目中,借助专利保护及新型燃油体系及标准的建立可以拓展全球市场。 三、应用范围 本项目以煤炭资源的清洁高效利用和清洁非石油基的燃油体系的开发为应用重点。希望通过全面系统的添加和替代的综合评价，发展燃油新体系；建设侧线中试装置满足试验和批量应用评价需求，开展各种路况和车、船等不同发动机和交通工具的试验评价和集成优化。正在重点试验、论证、比较和展现新产品在经济性、动力性、安全性、环保性、清洁性等方面的优异性能；希望全面系统地开展产品性能测试、台架及车辆行驶试验，大量清晰和客观地展现其应用效果。力图在柴油清洁燃烧添加剂及高比例添加或完全替代方面实现突破。目前，正准备单独或添加到试验和评价柴油中进行柴油轿车、重型柴油货车、灵活燃料柴油车、船舶、施工机械（包括盾构机）、军用坦克、柴油发动机等交通或作业工具中的动力效果及污染物减排情况，同时开展汽油、航空燃油、民用燃油的添加或替代效果评价。完成燃油定型，制定企业标准、地区标准和国家标准，完成报批,争取政府职能部门的生产及销售许可，尽早获得市场准入资格和用户认可。 与汽油、柴油互溶性好，可以较大比例添加，长期放置时不会发生分层。草酸甲乙酯或其它低碳混合醇草酸酯粘度适当可与汽油或柴油混溶,溶解胶质和润滑性能更好，可有效避免堵塞喷油嘴和腐蚀金属管路,在水中溶解度很小，是理想的燃油添加剂。耗氧量少,热效率高，能量损失少,污染物排放低。特别适合作为高原地区燃油和航空汽油,在30%以下的添加量情况下,不用改造汽油机或柴油机系统。 四、投产条件和预期经济效益 生产草酸甲乙酯至少比对应的甲乙醇少用一半的氢气,可减少或省去水煤气变换投资,减少二氧化碳排放；生产草酸甲乙酯的理论碳单耗为0.5吨,甲醇为0.75吨,乙醇为0.78吨,甲烷为1.7吨，可以大量利用钢铁厂“三炉气”及其它合成气为原料。可见，草酸甲乙酯原料消耗低的优势明显; 草酸酯生产中的酯化和加成耦联的反应温度和压力比甲醇低,单程转化率高达90%,生产能耗比甲醇更低；在同样生产规模情况下,草酸酯的投资和生产成本比对应的醇更低,且更适合利用煤基或生物基碳氢比低的原料，具有大规模、低成本、多原料渠道和现有生产平台及成熟的生产技术储备，可迅速实现产业化，优化能源结构的潜力巨大。 如果同时采用厦门大学开发的以合成气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剂直接混合醇原料及独创的具有过程强化效果的模拟"龙卷风"技术开发的旋环流浆态床及气雾床,还可以大幅提高甲醇及低碳混合醇的单程转化率,进一步降低体系压力和充分利用反应热,显著提升装置产能,大幅降低投资成本。因此草酸混合酯的生产成本有望接近甲醇成本,可能仅有发酵法或甲醇法合成乙醇成本的一半,也低于原油为原料的燃油加工成本。可见，合成和分离过程简单，能耗、物耗低，过程能量损失及碳排放量少，合成成本低是草酸混合酯的最大优势。借助新型催化剂、高效节能装备及草酸酯原料碳和氢气消耗少可更多利用一氧化碳的多重优势,通过持续的集成工艺包研发,还可进一步减少生产过程的能量损失和二氧化碳排放，扩大综合性价比优势。 可以利用多种现有的生产平台及原料渠道:发电厂、城市煤气厂的水煤气，合成氨厂、甲醇厂、乙二醇厂等煤化工企业的合成气资源及钢铁、冶金行业大量的焦煤气、高炉气、转炉气、黄磷尾气、电石尾气等废气资源，生物质气化原料气及核能、太阳能、风能的电解氢及回收二氧化碳等。可依托研发、产品应用、实施转化、工业化及团队等已有资源,进一步针对具体产品的集成创新降低投资及产品成本,提升装置产能，进行产业链优化，增强综合竞争力。原油加工生产汽、柴油的吨成本在2000元左右（扣除原油和副产物成本),汽、柴油的吨销售价格至少在5000元以上。草酸混合酯具有比汽、柴油更丰富的原料来源和可持续原料保障，以合成气为原料的草酸甲乙酯生产成本接近甲醇,投资和生产成本降低潜力还很大。 项目总投资计划20000万元人民币。分二期进行投资。第一期投资3000万元人民币。主要用于产品评价、中试侧线等研发平台建设、催化剂现场挂线评价装置、高效节能装备试验示范及以合成气为原料的全套千吨/年中试平台建设;重点新型催化剂和反应器评价,产品生产和定型,配方优化和产品全面评价。委托台架及行车测试,购买及租用试验用各种车辆费用;设备添置、安装调试、原料购买、中试基地水电费,聘用司机和研发配合人员的劳务费用;配方研发、产品定型，应用拓展、全套工业包开发、各方协作和对外委托测试费用等。第二期投资17000万元人民币。在获得地区销售许可的前提下,规划和实施以现有的甲醇生产线为改造基础,配套建设20万吨/年草酸混合酯及定型燃油产品生产装置。本项目开发有助于保障国家能源安全，适合中国国情，符合可持续发展要求,有助于建立高效清洁利用煤和生物质等可再生资源的燃油新体系，发展和壮大万亿级能源产业群,满足巨大的产品市场。本项目将通过技术创新和成果转化带动体制和机制创新，争取列入地区和国家新产品推广计划和政府采购计划，助力“碧水蓝天”工程。 草酸不对称酯燃油体系优势与特色 五、合作方式 技术非独家授权及区域性产品联合生产。