1.世界石油資源形勢及發展趨勢
　　
　　1.1世界石油資源形勢
　　
　　20世紀的工業革命利用廣泛存在的化石資源推動了經濟持續、高速地發展，但其引發的相關能源短缺、環境污染、生態惡化等問題也日益加深，同時化石資源的分布不均勻性導致世界范圍內的能源競爭，引發了一系列的國際政治問題。
　　
　　目前，全球可采石油儲量的38%以上分布于中東，17.3%和16.5%分布于前蘇聯和北美，歐洲不足4%(見圖1)。
　　
　　我國化石能源資源在世界已探明儲量中，石油僅占2.7%，天然氣0.9%，煤炭15%，呈現“缺油、少氣、多煤”的狀況，但其產量占世界總產量的比例卻分別高達4.2%、1.5%和33.5%。高速發展的經濟導致石油大幅進口，自1993年起我國成為石油凈進口國，對外依存度高達40%，嚴重威脅著我國的能源安全。
　　
　　1.2 近年世界石油供需狀況
　　
　　1985-2005年，世界石油需求的年均增長率約為 1.7%，目前，全球十大石油消費國中有4個在亞太地區，其中中國為世界第二石油消費大國，日本第三，印度第六，韓國第七。未來20年內，世界石油消費將以近2%的速度增長，高于過去20年的平均增長水平。未來石油需求呈現穩定增長態勢，亞太地區需求增長最快，供需矛盾突出。
　　
　　進入20世紀90年代，中國對石油進口的依賴度越來越大，中國原油消費量以年均5.77%的速度增加，而同期國內原油供應增速僅為1.67%，供需缺口逐年拉大。由表1可知，我國石油消費增長迅速，對石油進口依賴度越來越大，這已成為我國的一個基本國性。
　　
　　1.3 替代石油能源產業的發展現狀和政策導向
　　
　　石油屬于不可再生資源，同時以石油為代表的化石能源的生產和消費引發的環境問題越來越嚴重，已成為制約人類實現可持續發展的主要障礙之一，加上石油的高價位等因素，迫使世界各國尋求石油替代產品和新能源，大力推行能源多樣化，石油替代產品和新能源的開發利用。
　　
　　在推行能源多樣化方面，日本、法國、德國、美國、巴西等國走在世界前列。日本天然氣占能源消費量的比例達13.8%、核電14.1%；法國核發電占其總發電量的70%以上；巴西可再生能源占能源消費的比例高達41%。德國、丹麥、美國等國家還大力發展清潔能源來取代核能。生物柴油在發達國家受到高度重視，2004年總產量已達193.34萬噸，歐盟計劃于2010年生物柴油產量達800—1000萬噸，使生物柴油在柴油市場中的份額達5.75%。美國生物柴油的發展也受到高度重視，2004年10月布什總統簽署了對生物柴油的稅收鼓勵法案，大力支持生物柴油在美國的發展。2005年初，巴西頒布法律規定，在巴西銷售柴油中必須添加生物柴油。中國生物質能、風能、太陽能、水能等資源豐富，新能源建設的市場潛力很大。
　　
　　鑒于化石能源資源的有限性和全球環境壓力的增加，世界上許多國家都認識到了新能源與可再生能源的重要性，并從政治、經濟和技術上采取行動，出臺了一系列有利于加快新能源與可再生能源技術產業化、商業化的政策法規和措施。全球至少48個國家制定了促進可再生能源利用的政策。
　　
　　我國政府十分重視能源多源化問題，采取國家財政補貼等鼓勵措施，大力推廣燃料乙醇試點工作，已建成四大乙醇燃料生產基地，總產能超過了100萬噸／年。2005年2月28日，第十屆全國人民代表大會常務委員會第十四次會議通過了《中華人民共和國可再生能源法》，自2006年1月1日起已正式實施，《能源法》立法工作也正在抓緊啟動。
　　
　　2.多元化替代石油能源的技術開發現狀及應用
　　
　　目前，多元化能源替代技術開發主要集中在煤及天然氣合成油、生物柴油、燃料乙醇等領域。
　　
　　2.1 天然氣合成油(GTL)技術
　　
　　2.1.1 國外技術開發及工業化情況
　　
　　近幾年，各大石油公司都非常重視以天然氣為原料采用間接法合成油品的技術開發，殼牌、薩索爾等公司均開發了具有特色的工藝技術。
　　
　　薩索爾公司開發了采用鐵基催化劑和流化床反應器的F-T技術，1993年在南非莫索灣建成一套以天然氣為原料的液體燃料規模為32000桶／日的裝置，生產高品質的柴油、煤油和石腦油。薩索爾公司與Topsoe公司聯合開發了以天然氣為原料采用漿態床工藝生產餾分油的GTL技術——SSPD工藝。
　　
　　殼牌公司開發了中間餾分油工藝，并采用茂金屬鈷基催化劑和湍流固定床反應器。1993年5月，在馬來西亞Bintulu建成GTL工業化裝置。
　　
　　埃克森美孚公司采用鈷基催化劑和漿態床工藝的AGC-21工藝，成功地運行了一套200桶／日的中試裝置。
　　
　　Syntroleum公司開發了采用鈷基催化劑和流化床工藝的Syntroleum工藝，并建成2桶／日的GTL中試裝置。
　　
　　2.1.2 國內GTL技術開發情況
　　
　　中國石化十分重視GTL技術開發，目標是開發出具有中國石化自主知識產權的成套GTL技術。目前在F-T合成催化劑上已取得了一定的進展。
　　
　　1)大連化物所F-T合成催化劑。
　　
　　中國石化立項安排中科院大連化物所開發的適用于列管式固定床反應工藝的氧化硅負載的鈷基催化劑，具有合成直鏈高碳烴(蠟質產品)的特點。目前開發的適用于漿態床反應工藝的活性炭負載的鈷基催化劑，具有較好的制取柴油餾分的性能。液體產品中柴油組分較高，其中C10～C20液體在產物中的比例為60%左右。
　　
　　2)F-T合成催化劑
　　
　　該催化劑是由中國石化股份有限公司石油化工科學研究院(RIPP)開發的，以氧化鋁為載體、金屬鈷為活性組分，一定程度上解決了F-T合成反應過程中在提高CO轉化率時，C+5選擇性下降的問題，大大提高了反應經濟性和碳源利用效率，催化劑已基本定型。
　　
　　國內其他企業F-T合成技術開發情況：中科院山西煤化所先后開發了將傳統F-T合成與沸石分子篩相結合的固定床二段合成工藝和漿態床—固定床二段工藝，于2001年建成千噸級漿態床合成油試驗裝置和催化劑制備裝置，已進行了多次試驗，并得到合格產品。目前正計劃建10萬噸級工業示范裝置。山東兗礦集團公司2004年建成了5000噸／年漿態床低溫F-T合成油裝置，連續運行4706小時。目前已完成百萬噸級煤制油工業示范裝置可行性研究報告。兗礦集團在國內合成油領域居領先地位，該集團目前已擁有包括反應器和催化劑技術的F-T合成核心技術。
　　
　　2.1.3 GTL產品對全球相關市場的影響
　　
　　近年來，GTL工業快速發展主要受資源、戰略、市場和環境等多方面因素的推動，其中天然氣資源國積極利用偏遠地區天然氣資源，國際油價居高不下成為主要的推動力之一。未來國際油價走勢將對GTL工業發展產生重要影響。據資料報道，預計2010年，世界GTL產能將達45萬桶／日，2020年將達100萬桶／日。
　　
　　F-T合成柴油是優質柴油組分，據估計2020年GTL柴油占中間餾分油消耗量小于3%，不太可能對全球柴油市場有很大的影響，但在某個區域，GTL柴油有可能占市場很大比例。
　　
　　目前，中國以煤炭為原料，采用直接液化或經F-T合成制取液體燃料的在建、擬建項目已近800萬噸／年，一般在2010年左右建成，預計到2020年我國將完成總投資4000—5000億元，形成5000萬噸／年的油品產能。中國煤炭儲量相對豐富，在特定區域，有一定的天然氣資源。隨著石油資源的日趨緊張、原油價格的不斷攀升，以煤炭、天然氣為原料制合成氣，經F-T反應制液體燃料較有發展前途。
　　
　　2.2 生物柴油技術
　　
　　生物柴油是從天然動、植物油脂生產的柴油，化學組成為長鏈脂肪酸甲酯。生物柴油幾乎不含硫和芳烴，十六烷值高，潤滑性能好，并且儲運方便安全，降解性能好，是一種優質清潔柴油。
　　
　　2.2.1 國外生物柴油技術
　　
　　目前，國外已工業化技術主要是液堿催化的生產工藝，所用的催化劑一般是氫氧化鈉、氫氧化鉀或甲醇鈉、甲醇鉀等。但這類技術對原料的酸值要求苛刻，必須通過脫酸處理，同時生物柴油粗產品也必須通過減壓蒸餾精制以達到標準要求。國外有很多商家掌握這個技術，可適合各種規模的連續或間歇生產。但產品減壓蒸餾精制能耗較大，對于原料品質比較高，只生產生物柴油時會增加生產成本。
　　
　　德國魯奇公司在上述傳統工藝的基礎上開發了兩級連續堿催化醇解工藝。德國斯科特公司也成功開發了連續脫甘油堿催化醇解工藝。這兩種技術在歐洲和美國均有大型工業化生產裝置。
　　
　　法國石油研究院成功開發了Esterfip-H工藝生產生物柴油。此工藝用尖晶石結構的固體堿作為催化劑，采用多相催化反應來制備生物柴油。
　　
　　加拿大多倫多大學開發了生產生物柴油的BIOX工藝。計劃投資2400萬美元，建約5萬噸／年生物柴油廠，2005年投產。
　　
　　2.2.2 國內生物柴油技術
　　
　　在生物柴油的開發和應用方面，國內起步較晚，目前萬噸級企業主要有3家：海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源發展公司，并采用自主開發技術。其中，四川古杉油脂化工公司的技術已申請專利(公開號：CN 1473907 A)，該技術利用植物油精煉過程中所產生的下腳料及食用回收油為原料，經酸化除雜、連續脫水、酯化、回收甲醇、靜置、分出甘油相，然后連續蒸餾得到成品。這種工藝反應需6小時即可結束，酸值可降至1mgKOH／g以下，脂肪酸轉化率可達93%以上。福建卓越新能源發展公司的技術也已申請專利(公開號： CNl382762A)，該技術利用廢動植物油生產生物柴油。從總體水平看，這些技術是針對廢棄地溝油開發的，原料利用率低，生產過程有污染，產品質量按自訂的標準控制。但由于原料價格便宜，一般2600元／噸左右，生產經濟效益還是很好的。
　　
　　RIPP根據我國原料供應的特點、環保要求、產品增值的要求開發了以下兩種生產生物柴油新技術，并申請了一批專利。
　　
　　1)高溫醇解工藝
　　
　　高壓醇解法生物柴油生產技術，可適應不同原料油、產品方案和工廠規模，以及適應原料收集、貯存和產品市場的物流狀況等需求。原料預處理簡單并適應性強，能加工高酸值、高水油料；采用多種原料時，切換容易；不使用催化劑，簡化了后處理工藝，無污水；聯產甘油濃度高。這些工藝根據規模大小，可為連續式或間歇式生產。目前該技術的2000噸／年規模的中試裝置已建成，正在進行中試試驗。該技術生產的生物柴油產品質量能達到德國的B100(生物柴油含量 100%)產品質量標準。
　　
　　2)反應分離耦合工藝
　　
　　本工藝是專門為生產生物柴油而開發的，適應采用的原料如大豆油、雙低菜籽油、棉籽油、葵花籽油以及其他脂肪酸組成近似于上述原料的油脂，以保證產品的質量合格。反應分離耦合工藝的特點是在反應的同時，進行甘油的連續分離，反應轉化完全，產物不需要蒸餾精制，減少能耗；進料醇油比低，催化劑的消耗少，“三廢”排放少；簡化了工藝流程，有利于減少設備投資和降低操作成本。此技術還處在小試階段。
　　
　　此外，脂肪酶催化的醇解工藝最近幾年在國內研究比較熱。北京化工大學、華南理工大學和清華大學都開展了大量工作，取得了較為突出的進展。
　　
　　2.2.3 生物柴油方面的建議
　　
　　首先，B100不可直接作柴油使用，只可作為柴油的一個組分，調入石油柴油里，目前國外比較通用的是B5、B20、B2，2005年歐盟規定生物柴油的加入量不得超過5%(B5)。B100的標準國家已委托RIPP編制，并已通過國家評審，但對于B5、B20、B2的調合油性能國內尚無統一的標準，而且目前社會上生物柴油炒得很熱，產品質量也參差不齊，加入的量也沒有統一的規定，這必將擾亂柴油市場。因此，建議國家制定B5、B2或B20生物柴油的標準，并將生物柴油的銷售統一納入中國石化、中國石油的銷售系統，中國石化、中國石油系統外的其他單位，只能生產Bi00的生物柴油組分，不可銷售B5、 B20或B2的生物柴油，以規范市場，保證生物柴油質量。
　　
　　2.3 燃料乙醇技術
　　
　　2.3.1 燃料乙醇生產技術
　　
　　燃料乙醇通常由谷類、甘蔗和任何含淀粉或糖類的農作物及其廢棄物為原料采用生物發酵方法制成，各國根據其實際情況選擇原料生產乙醇，如巴西選擇甘蔗、糖蜜，美國采用玉米，瑞典用林業殘余物及造紙廢液等。目前世界工業化生產燃料乙醇多采用淀粉類食物如玉米和高含糖農作物如甘蔗、甜高梁等。已工業化的技術主要是采用淀粉質和糖基的農作物為原料，采用林業殘余物、農作物廢棄物的技術正在開展工業放大階段。
　　
　　2.3.2 燃料乙醇生產技術經濟性分析
　　
　　以生物質為原料的糖經濟尚缺乏與石油經濟競爭的實力。雖然生物質原料成本低，但加工轉化成本高，只有實現技術上的突破，才能形成完整的生物質技術工程體系。
　　
　　在生產工藝確定后，燃料乙醇的價格主要取決于糧食價格，乙醇成本與原料費用線性相關。我國現階段使用燃料乙醇的方式是將10%的乙醇與汽油調合成車用乙醇汽油，與普通汽油同升同價銷售。由表2可知，燃料乙醇的生產成本一直高于汽油價格，我國確定的乙醇汽油價稅政策是，石油公司按汽油出廠價的91.11% 接受燃料乙醇，燃料乙醇生產環節出現的虧損由國家財政補貼。
 
　　根據美國政府測算，推廣乙醇汽油可節省聯邦政府財政預算支出36億美元，其中，可增加農民收入45億美元；減少政府對農民的補貼；增加19.52萬個就業機會；增加個人所得稅收人5.32億美元；減少原油進口，改進貿易平衡20億美元；降低汽車排放，改善環境質量。社會、經濟及環境效益均十分顯著。
　　
　　2.3.3 國內外燃料乙醇應用情況
　　
　　據美國可再生燃料協會統計，截至2005年11月，全美生物燃料乙醇生產廠共有93家，產能達約1245萬噸／年，另有24個新廠正在建設中，預計全部建成后生物燃料乙醇產能將增加368萬噸／年，屆時全美生物燃料乙醇的產能將達1613萬噸／年。
　　
　　2004年，巴西乙醇的產量達1152萬噸，其中970萬噸用于國內消費，182萬噸用于出口到印度、瑞典、南韓、日本、美國等國。2004-2005年向印度出口乙醇的比例最大。2005年，巴西的乙醇產量已達約1342萬噸，其國內的需求量超過1250萬噸。
　　
　　2004年，歐盟國家共生產了42萬噸生物燃料乙醇，歐洲生物燃料乙醇的主要生產國是西班牙、法國、德國、瑞典和波蘭，此外，荷蘭、拉脫維亞、立陶宛、意大利也生產少量的生物燃料乙醇。
　　
　　目前，國內生產燃料乙醇的主要原料是玉米、小麥、薯類、甘蔗、甜高梁等，國家認可的燃料乙醇產能為102萬噸／年，其中河南天冠30萬噸／年，安徽豐原 32萬噸／年，吉林天河30萬噸／年，黑龍江華潤金玉10萬噸／年。中國石化人股河南和安徽的2套生產裝置，參股比例分別為20%和15%；吉林天河為中國石油控股。2001年6月-2006年2月，中國石化河南石油分公司擔負的河南、安徽全省及河北、山東、江蘇和湖北4個省的27個地市的乙醇汽油試點和推廣使用工作，總計銷售乙醇汽油(乙醇含量10%)436.88萬噸。
　　
　　2.4 生物質乙烯技術開發
　　
　　隨著全球性的石油資源供求關系的日益緊張，傳統石油乙烯工業將面臨新挑戰。如何突破資源短缺的瓶頸，利用可再生生物質資源生產乙醇，再進一步脫水成乙烯，從而替代傳統的石油乙烯路線成為當前的研究熱點。
　　
　　1981年，巴西建成3套乙醇脫水制乙烯裝置，總產能74萬噸／年。近幾年，印度建成4套乙烯裝置。雖然其規模遠低于現代石油乙烯裝置，但其強大的生命力應予重視。
　　
　　目前，國際上乙醇制乙烯工業裝置主要集中在巴西、印度、巴基斯坦、秘魯，最大規模為印度的6.4萬噸／年裝置。乙醇脫水制乙烯的技術發展趨勢，主要是裝置大型化、低能耗，以及進一步提高催化劑的性能，降低催化劑成本。
　　
　　3.中國多元化能源替代石油發展思路和建議
　　
　　隨著未來經濟的快速發展和能源結構的調整，中國對石油的需求還會增大。在新的世紀，必須從我國基本國情出發，對能源、資源和環境進行整體化的考慮和部署。
　　
　　“國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)”指出，今后15年能源發展思路：“推進能源結構多元化，增加能源供應。在提高油氣開發利用及水電技術水平的同時，大力發展核能技術，形成核電系統技術自主開發能力。風能、太陽能、生物質能等可再生能源技術取得突破并實現規模化應用”。“促進煤炭的清潔高效利用，降低環境污染。大力發展煤炭清潔、高效、安全開發和利用技術，并力爭達到國際先進水平”。并優先發展“煤的清潔高效開發利用、液化及多聯產”、“可再生能源低成本規模化開發利用”等。可見煤制油是能源多元化的一個重要途徑。
　　
　　生物質產業是實現能源多元化和保證能源安全的有效途徑，我國是農業大國，在生物質資源數量上占有一定優勢，在生物質加工轉化及相關環保技術研究方面也有較好的經驗積累，如在燃料酒精，生物柴油方面，我們的技術跟國際上幾乎在同一起跑線上，我國完全有能力、有條件走多元化替代石油的生物能源和生物產品的規模化和產業化之路。
　　
　　在走多元化石油替代之路時，重點解決生物質資源利用的瓶頸問題(包括全生物質的利用和生物質的高效轉化)，緩解能源緊張、石油價格上漲等帶來的問題。從長遠看，這是走可持續發展、應對能源緊張，保護人類生態環境的最終發展之路。
　　
　　在技術路線上，將現代生物技術手段與傳統強勢化學工程技術以及過程工程技術結合，通過多學科，多領域的技術交叉結合，充分全利用生物質材料，高效生產大宗化學品，最終達到降低生產成本和能源消耗，提高轉化率，減少環境污染的目的。