烃类燃料

液体碳氢化合物的统称

烃类燃料(hydrocarbon fuel)作为火箭发动机、喷气发动机使用的液体碳氢化合物的统称。主要包括煤油及合成高密度烃燃料。煤油主要由烷烃、环烷烃及芳香烃组成。合成高密度烃燃料为纯化合物或由它与煤油混配而成。高密度烃由石油经蒸馏、聚合、加氢制备，或由有机中间体经化学合成制备。能量高，原料来源充足，广泛用作火箭发动机、涡轮发动机及冲压发动机的燃料。

发展概况

在当前电动汽车等新能源汽车还不能大面积替代传统内燃机汽车的情况下，许多人又把目光转向了以传统内燃机形式为主的代用燃料汽车。在由中国内燃机工业协会主办的“传统能源动力装置（内燃机）高效利用替代燃料技术交流研讨会”上，与会的多位专家提出——“节约优先，立足国内，煤为基础，多元发展”仍然是现阶段和未来我国发展代用燃料的方针和总体方向。

合理利用二氧化碳烃类与醇类燃料并存　专家们预测，在今后50年间化石燃料仍将是世界的主要能源。其实，在国内化工界早就有人提出并实践了以煤基“多联产”系统为基础的“甲醇体系低碳能源化工技术路线”，并认为这是中国发展替代能源的最佳选择。在当下全球都推崇低碳能源、低碳生活的背景下，我国著名化工专家、国家化工行业生产力促进中心方德巍教授指出，碳是一切物质的基础，但是碳完全燃烧后必然产生二氧化碳，过多排放将产生温室效应；如果从“循环经济”理念出发，二氧化碳又是资源，特别是未来世界的宝贵资源。

“离开了二氧化碳，地球必成为‘死球’，即成为无生命和无有机物存在的环境，二氧化碳应是生命及物质之本。”方德巍教授由此提出，“要有控制、平衡地排放二氧化碳，保护地球的生态环境，在后石油时代必须找到替代石油的燃料，而且只能本着物质及能量守恒的两大基本原理来分析正确与不正确的技术路线。”

方德巍教授表示：“符合客观发展规律的‘烃类燃料和醇类燃料’并存的时代已将到来，是最符合石油时代特色的替代燃料。”

组合燃烧是替代的又一好方式

实际上在包括对天然气、甲醇、乙醇、二甲醚、生物柴油等在内的代用燃料的研究中，不光是每种燃料的单独应用，两种燃料的组合燃烧研究也成为当前关注的课题。

来自内燃机燃烧学国家重点实验室的天津大学教授姚春德介绍，他们研究的压燃式内燃机甲醇/柴油组合燃烧技术，在平均替代柴油达20%的情况下，功率增加了2.0%，最大扭矩增大了5.6%，加速响应速度也超过原机。同时，甲醇/柴油组合燃烧减少了有害物的排放，烟度排放仅为国三标准限定值的30%；在燃油经济性方面，平均不到1.5升甲醇可替换1.0升柴油，大幅度提高了燃料效率；在燃料宽泛性方面，可以在甲醇/柴油双燃料或纯柴油模式间自动切换，使用范围无限制；在系统适应性方面，不需改动现有柴油机的主体结构，既适用于新车安装，也适用于在用车的改装。

从装载该甲醇/柴油发动机的卡车在上海的试验结果看，每辆车的燃料运行费用平均可以节省15%。如果按每辆车年行驶20万公里，平均耗油量40升/100公里，油价按6.00元/升计，每年可以节省7.2万元的运输成本。

重大成就

中国烃类燃料绿色生产研究方面取得进展

费托合成是将煤和天然气转化为液体燃料的核心技术，是以合成气(一氧化碳和氢气)为原料在催化剂和适当反应条件下合成以石蜡烃为主的液体燃料的工艺过程。

1923年，德国化学家F.费歇尔和H.托罗普施开发出费托合成技术，第二次世界大战期间这一技术投入规模生产，迄今已有80年的历史。费托合成通常采用金属催化剂，如铁或钴。催化剂往往被担载在碳或二氧化硅上以优化其活性。所得产物主要成分是直链烷烃、烯烃，副产品有少量芳烃、水和二氧化碳。

2007年12月，中国化学家首次实现了在水介质中进行费托合成，比现有的费托合成过程更清洁、更高效。在全世界都面临石油短缺的现状下，费托合成成为各国政府能源战略决策中的重要研发目标。

自2005年起，在国家自然科学基金的资助下，北京大学化学学院教授寇元的课题组进行离子液体和水相费托合成研究，实现了在水中用水溶性的高聚物保护2钠米尺度的钌金属簇催化该反应。该成果近日在《德国应用化学》上在线发表，立即引起关注，英国皇家化学会的会刊《化学世界》于2007年12月以《水相费托清洁绿色》为题作了评述，指出“中国科学家首次在水介质中实现了费托合成，这是迈向烃类燃料绿色生产的一大步”。

寇元在接受《科学时报》记者采访时介绍，目前工业上费托合成主要采用负载金属催化剂在浆态床等反应器中进行，这种方式有非常明显的缺陷：能耗高、效率低、操作复杂。反应的温度通常要达到240℃，反应后生成的油体常常与催化剂混合在一起，反应器越大，浆态反应操作越复杂。

该课题组提出的全新方法是让反应在水体中进行，采用钌原子簇作为催化剂。这种非担载的催化剂比通常的催化剂活性更高，因此可以在更低的温度下使反应运行，在150℃下催化活性高出传统的负载催化剂35倍，100℃时的活性与负载催化剂200℃时的结果相当。由于减少了反应过程中高温导致的能耗，经济性明显改善。此外，由于碳氢产物不溶于水，反应后生成的油体会与水体分相，所以得到的燃料油不会被催化剂所污染。

费托合成的总的工艺流程主要包括煤气化、气体净化、费托合成和产品精制改质等。合成气中的氢气与一氧化碳的摩尔比要求在2～2.5。反应器采用固定床或流化床两种形式。如以生产柴油为主，宜采用固定床反应器；如以生产汽油为主，则用流化床反应器较好。近年来正在开发的浆态反应器，则适宜于直接利用德士古煤气化炉或鲁奇熔渣气化炉生产的合成气。铁系化合物是费托合成催化剂较好的活性组分。寇元说，能源的利用是科学和技术问题，然而，能源的合理、有效利用则是政府的对策问题。美国在能源的每个领域占据绝对优势，就是由于政府决策在其中起作用。

作为北京大学教授和国家自然科学基金委员会的评审专家，寇元希望在基础研究领域能放眼于国家的长远需求，给政府合理、有效地使用能源提供政策依据。

“我们国家面临两个时间限：一是没有石油的时候，二是没有煤的时候。”寇元说。我国石油资源并不丰富，需要大量进口，因此对煤的利用倍加重视。但是，当煤的利用造成太严重后果时，或是煤也耗尽时，则必然地进入后石油时代和后化石能源时代。

两个时代有不同的任务：后石油时代的任务是合理、洁净地利用煤，用煤来替代石油；后化石资源时代，就是怎么利用生物质。

虽然这些可能是五十年上百年之后的悲观图景，但基础研究本就该着眼于50年后的未来，需要有科学家长期地持续努力。冠元认为：“科学家在能源领域的职责，就是要找到更高效更绿色的用煤替代石油的方法、更简洁更便利地利用生物质的方法。”

重油介绍

重油是一种重要的非常规烃类燃料

重油是一种重要的非常规燃料，可用于填补未来10～20年的能源供需缺口。目前对美国、加拿大、委内瑞拉和俄罗斯来说，重油生产很重要。加拿大和委内瑞拉拥有丰富的重油资源。加拿大拥有1.7万亿bbl重油地质储量，其中3000亿bbl为技术可采储量；委内瑞拉有1.2万亿bbl重油地质储量，其中2720亿bbl为技术可采储量。目前，委内瑞拉东部有4个大型开发项目在生产重油。

加拿大和委内瑞拉拥有的重油储量分别与沙特阿拉伯的常规石油储量相当，而沙特阿拉伯的常规石油储量，约占目前世界常规石油储量的25%。表2比较了加拿大、美国、委内瑞拉和沙特阿拉伯拥有的石油储量。加拿大只有50亿bbl常规石油储量，但却拥有3000亿bbl技术可采重油储量；委内瑞拉拥有350亿bbl常规石油储量和2720亿bbl技术可采重油储量；美国目前拥有230亿bbl石油储量；而沙特阿拉伯的常规石油储量约为2500亿bbl。

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