如何看待能量转化率

如何看待能量转化率

文|唐宏青

能量转化率是一个重要的数据，在一些新建的装置可行性报告中，都要列出对能量转化率的研究结果，这是十分必要的。在化学工业中，这个概念被用来说明工艺过程中原料和产物的关系。能量转化率高的意思是原料的利用率高，这样的工艺过程就好，反之亦然。对于一个煤化工装置来说，能量转化率是最终出装置有效产品的热值之和与进装置各种原料热值的和之比。

如何来比较能量转化率？笔者有以下观点：

(1)对同一种产品、同一种原料、不同的工艺作比较是重要的。

这个问题在设计工作中经常体现的。设计院要作工艺比较，其中最重要的指标就是能耗。不同工艺路线的能耗比较，往往决定了一种工艺路线的取舍。例如，采用低温甲醇洗来进行脱碳，就是因为其能耗比较低，效率高。因此是煤化工中首选的脱硫脱碳方法。

其实，这个比较的重要性体现在节能改造上。当原料和产品不变的情况下，如果实现增产节能改造，可以提高能量转化率。

例如山西有个企业，在十年期间将原有的30万t/a合成氨装置进行节能扩产50%的改造，并不增加总体系列，使合成氨的能耗从61 GJ/t 降至46 GJ/t，总投资仅为新建全套系列的48%。因此，节能改造是提高能量利用率的好办法。如果其它有条件的企业都这样做，节能减排可以真正拿到手，是一种实实在在的进步。

(2)对同一种产品、不同原料的比较是不重要的。

如果我们想得到甲醇，用天然气来作原料，明显比用煤来作原料的能耗低，这个结论已经是一个人所共知的常识。天然气制甲醇的能耗可以做到29Gj/t,而煤制甲醇的能耗至少在42 Gj/t，在一个只有煤资源的地方，去强调天然气化工的能量转化率如何高，不是对牛弹琴吗？在这种地方只有强调节能改造、降低能耗。

(3)对同种原料、不同产品的比较是不必要的。

近年来，这个问题非常热门。有学者要来证明煤制甲醇、煤制烯烃、电动车等比煤制柴油的能量转化率高。这个比较有必要吗？

现在热门的甲醇汽油，代替的是汽油而不是柴油。在世界上，汽油是过剩的物资，柴油是缺额的物资，在当前的中国，也是这个局面。甲醇、乙醇、天然气、电动车、MTG 等代替汽油，代来代去，越代汽油越过剩。

可以认为，柴油和汽油是有区别的，不宜相提并论。因此，甲醇汽油与煤制柴油不要混为一谈，将它们来比较能量转化率是毫无意义的。国家对柴油的需要是一种刚性需求，它的作用是甲醇不能做到的。例如，到2012年底，我们全国有424万公里的公路，路上跑的大部分是柴油车，强大的国防需求驱使我们为坦克、装甲车、舰船、潜艇和各种战车提供特殊的柴油。全国13亿人民的衣食要求，大部分是依靠柴油车来实现和满足，尤其是那些远离铁道线的地方。石油化工的发展，为这些柴油发动机提供了绝大部分的动力，这是不可动摇的刚性需求，甲醇汽油在这里难有用武之地。

特别要提醒一下，为了实现在全国能够供油畅通无阻，已经建立了一个庞大的供油和为车辆加油的系统。50年代全国加油站总量只有70座，70年代末发展

到600座，90年代末为5000多座，现在已经建成了约10万个加油站，总资产约为4000亿，这是车用燃料的生命线。正是这条生命线，托起了我国公路运输的繁忙和保障了13亿人民的市场繁荣。

目前许多替代燃料的方案，要想推翻这个系统，是极其困难的。特别是如果要采用电动车，另起炉灶建立变电站和充电站，其投资很大，充电时间效率很低，使用上极不方便。因此，电动车用于城市小汽车或公交尚可，不宜作长途公路运输物流用。

我们还要提醒一下，通过煤制烯烃的工艺，长长的流程导致能量转化率很低。国内在建的两个甲醇制丙烯装置MTP 和煤制低碳烯烃装置MTO ，包括将石脑油、碳四和LPG 计入产品在内，能量转化率都在35-40%左右，可以肯定，煤制烯烃的能量转化率低于费托合成柴油。但是本文还是肯定地告诉大家，煤制油和煤制烯烃各做各的，各自把自己的事情做好，没有谁比谁好的问题，对于国家来说，两者都需要。

目前国内对煤制甲烷给予了很大的热情，几个煤制甲烷装置已经获得国家发改委的批准。这是由于我国的天然气资源不足和进口天然气的数量仍然不能满足国内需要，因此做出了这样的决定，用煤制甲烷来补充天然气的不足，与能量转化率的高低无关。

因此，我们没有必要过分认真地用能量转化率作不同产品的横向比较。我国目前最大的煤化工产品是煤制合成氨。几十年来，它的建设从来都是国民经济中的农业需求来决定的，而非取决于氨和甲醇等产品的能耗差别。

(4)对不同煤种、同样产品的能量转化率的比较也意义不大。

对不同品质的煤，同一规模、同样的产品也会有不同的结果，能量转化率的出入在5%左右是正常的。

出现这个现象，在于煤的品质不同。加工过程中的能耗自然不同，高品质的煤，可以采用效率较高的煤气化方法，反应温度低一些，氧耗也低一些，物耗能耗都可以下降，能量转化率当然就可能高一些。低品质的煤中有大量的水和灰渣，脱除这些物质，自然需要消耗一定的能量，能量转化率就可能低一些。源头在煤上，没有责备工艺的必要。例如，以同样煤制油费托合成工艺为核心，以同样百万吨级的规模来比较，同一设计单位的设计成品在同一优化原则下，视原料煤的品质不同，产品油品能耗可以在100-110 Gj/t之间。

(5)对同一种原料、多种不同性质的产品，能量转化率的数据本身意义就不大，没有与其它工艺比较的必要性。

以“分质利用”为例。分质利用的产品是柴油、石脑油、液化气的半焦。半焦的数量约占投入煤量的一半。现在得出个分质利用能量转化率为75%的数据，这个半焦还没有利用就算在最终产品油品中，往后利用时消耗的能量就可以为零了，可以只做功而不消耗能量，明显不合理。

基于以上的讨论，笔者认为：我们选择产品的首要原则是国家的需求和技术的成熟度。能量利用率的比较在有些情况下是重要的，在有些情况下是不重要的。能量转化率作为一种有效工具，在我们了解工艺过程中发挥了巨大的作用，但是我们不能走向极端，不能将装置建设的能量转化率作为唯一判据。

笔者希望，工业界不要纠缠不同产品能量转化率的高低的比较，不要用能量转化率来引导投资的方向。该建什么装置就建什么装置，同时应该着手多想办法，在现有装置上节能降耗，这样就可以提高企业的经济效益，降低碳排放，配合政府实现在国际排放会议上的承诺，为改善人类居住环境做出贡献。

（作者单位为北京中科合成油工程有限公司）