世界水资源与经济的发展趋势

世界水资源与经济的发展趋势

1为了实现经济和社会的可持续发展，必须选择绿色低碳发展1.1解决经济和社会发展中资源和能源限制的问题，低碳绿色发展1.1.1世界进入峰值时代经济和社会发展的发展越来越多地享受着现代物质产品的成果，但这是基于大量的能源消费。2012年5月15日世界自然基金会总干事吉姆·利普在《地球生命力报告2012》的发布现场说“我们现在的生活方式就好像是还有另一个地球供人类使用一样”。报告中称,调查显示人类过度消耗资源的现象越来越严重,资源赤字率已达到50%,也就是说地球需要1年半的时间才能恢复人类1年内消耗的可再生资源及吸收完同期产生的CO2。有人预测未来30年世界将进入峰值时代,其含义是许多资源将跨越其产量的高峰,高峰过后是资源供应能力的下降。其中,以石油为代表的化石能源,有人认为当前约占可采常规石油资源总量的一半已被开采出来,常规石油产量已达到高峰。按美国地质调查局、美国能源信息署等先前比较乐观的研究结果,到2030年左右,世界常规石油产量将达到高峰,从现在算起也只有20年左右的时间。尽管2010年以来巴西在深海盐下地层中发现了300亿桶的石油储量,西非一些国家也有新的石油发现,美国非常规的页岩油储量产量也在增加,这些好消息让一些人认为地球上的石油资源可以满足人类不断增长的需求,但从数据看,这些新发现的石油资源和目前的消费水平相比只能延后产量高峰几年时间。1.1.2全球二氧化碳排放量持续增加经济社会发展虽然不断改善着我们的生活,但同时也不断影响着我们的生存环境。化石能源的大量消费致使CO2排放量不断增加,国际能源署(IEA)公布的数据显示,2011年全球CO2排放量比上年增长3.2%,达到316亿吨,大气中CO2浓度在持续上升。尽管有人对CO2浓度上升造成全球气候变暖的结论有不同意见,但近几年来,全球气候变暖发生极端天气的概率大幅增加是不可否定的事实。1.1.3世界人口将更多的粮食供应1804年世界只有10亿人,到2011年10月已超过70亿,预计2050年世界人口将超过90亿,人口的增加需要更多的粮食供应。但极端天气引发的自然灾害(如长期干旱、暴雨等)使粮食增产存在很大困难。1.1.4水资源及其冲突水是生命之源,是人类社会发展必不可少和不可替代的资源。自然界水资源的时间空间分布很不均匀,水资源缺乏制约许多国家的经济社会发展,解决缺水问题经常要依靠大量消耗化石能源,如中东地区一些国家的用水主要依靠耗能较高的海水淡化来获取。随着经济社会发展,用水量大幅度增加,资源性缺水的情况日益加剧,结构性缺水问题将更加突出。1.1.5高血压的发生率及死亡率生活方式、生活习惯的变化对人类健康带来许多不利影响。世界卫生组织国际癌症研究机构2012年6月1日公布的一项研究结果预测,到2030年全球患癌症的人数将增加75%以上。有研究报告称,我国20岁以上人群中高胆固醇血症的患病率为9.0%,临界性高胆固醇血症的患病率为22.5%,患有高胆固醇血症的人口近1亿。根据大规模抽样调查显示,高血压的患病率明显持续上升,1958年、1980年、1991年分别为5.8%、7.7%、13.6%,2002年达到18.8%,目前全国患高血压病的人数已超过2亿,每年还在增加1000万高血压患者。另据调查统计,目前中国糖尿病患者人数已达到9240万。人的平均寿命增长及人口老龄化需要为老年人提供更多的医疗、保健服务。根据我国第六次全国人口普查的结果,从2002年到2007年,60岁以上老年人口由1.26亿增长到1.53亿,预测2020年将达到2.4亿人。1.2中国资源和能源的供需状况以及生态环境的现状，表明绿色碳具有低碳1.2.1资源与能源的消费与进口进入新世纪以来我国经济实现了跨越式发展,从2002年到2011年的10年间,GDP从12.0万亿元增长到47.2万亿元,年均增长10.6%(见表1)。同时资源与能源的消费也快速增长,以能源为例,能源消费总量以年均9.1%的速度增长,国内的能源产量已无法满足消费需求,只能依赖进口。2011年,我国进口原油2.53亿吨,进口天然气307亿立方米,进口煤炭1.82亿吨。国内石油产量增长缓慢,进口依存度持续攀升。2000-2011年,国内石油产量仅从1.63亿吨增加到2.04亿吨(见图1),年均增长2.0%,导致供需缺口越来越大,石油对外依存度从31%提高到了57%。1.2.2城市水污染现状从大气环境看,我国已经成为世界上CO2排放量最多的国家,大气环境面临的形势非常严峻。全国47个重点城市中,约70%以上的城市大气环境质量达不到国家规定的二级标准;参加环境统计的338个城市中,137个城市空气环境质量超过国家三级标准,占统计城市的40%,属于严重污染型城市。酸雨覆盖面积已占国土面积的30%以上。从水环境看,我国水污染形势严峻。据统计,近几年全国每年水污染事故都在1700起以上。据环境保护部发布的《中国环境状况公报》称,全国近14万千米河流进行的水质评价,近40%的河水受到了严重污染;全国七大江河水系中劣Ⅴ类水质占41%。从土壤环境看,我国的土壤污染不容忽视。2009年以来,山西凤翔铅污染、湖南浏阳镉中毒、山东临沂砷污染,土壤重金属污染强烈刺痛了人们的神经。由环保部、国土资源部等牵头,在全国范围内开展了超大规模的土壤重金属污染调查,相关人士证实“全国状况不容乐观,重金属土壤污染面积肯定不小于国土面积的5%”。环境问题在我国已日益成为广泛关注的民生问题,公众环保意识和维权意识逐渐增强,对污染问题的敏感程度提高,因环境污染引发的群体性事件增加。2中国低碳与环境保护的成就与问题2.1中国低碳环保发展的成就令人惊叹2.1.1石化工业发展现状近几年来,在我国原油加工能力和加工量不断增长的同时,落后加工能力逐步淘汰,炼油厂的平均规模不断扩大,如2006-2011年中国石化淘汰落后炼油能力1620万吨/年,到2011年中国石化与中国石油炼油厂的平均规模已分别达到732万吨/年和626万吨/年,全国已建成18个能力在1000万吨/年以上的炼油基地。炼油厂的轻油收率逐年提高。以中国石化与中国石油为例,在加工的原油越来越重的情况下,轻油收率2010年已分别达到75.7%和77.04%(见图2)。2.1.2增设co排放调控手段中国石化、中国石油两大集团公司加大节能减排力度,把节能作为现阶段减少CO2排放的最直接、最有效的手段。2005-2010年,中国石化、中国石油两大集团加工吨原油能耗分别下降了15.1%和16.9%(见图3)。2.1.3汽车柴油的油硫含量1997年,我国实现汽油无铅化。13年内,我国在全国范围内已将汽油硫含量从2000ppm降至150ppm,轻柴油硫含量从5000ppm降到2000ppm。从2003年起,车用柴油已开始执行非强制性的硫含量小于500ppm的标准,从2012年1月1日起全国执行硫含量小于350ppm的车用柴油国家标准。北京、上海、广州等大城市已执行了汽柴油硫含量小于50ppm的质量标准,2012年7月1日起北京将执行汽柴油硫含量小于10ppm的国Ⅴ汽柴油标准。2.1.4外排废水cod、so2、nox排放量和氨氮排放下降以中国石化为例,2011年与上年相比工业废水排放量下降了8.7%,外排污水达标率提高了0.4个百分点,外排废水COD下降了16.9%,SO2排放量下降了9.8%,NOx排放量下降了3.4%,氨氮排放下降了34.9%。“十一五”期间累计节约1444万吨标准煤,减排CO23466万吨,减排SO220.4万吨。2.2中国高速工业绿色低碳发展的主要问题2.2.1小开采企业资源利用效率低截止到2011年底,我国小炼油厂(100万吨/年以下)的生产能力总计达4775万吨/年,平均规模仅43万吨/年。小炼油厂存在资源利用效率低、能耗高、“三废”排放超标情况严重等问题。据统计,2011年小炼油厂的轻油收率不足50%,原油加工能耗超过90千克标准油/吨原油。2.2.2在常压蒸馏能力的7.2002年,全国常压蒸馏能力3.315亿吨/年,渣油焦化加工能力2465万吨/年,焦化占常压蒸馏能力的7.4%;到2011年底,全国常压蒸馏能力为6.13亿吨/年,焦化加工能力为11133万吨/年,焦化已占常压蒸馏加工能力的18.2%。由于焦化装置会将渣油转化成为劣质低价值的石油焦(通常占进料量的20%左右),因此不利于对石油资源的最佳利用。2.2.3加快质量标准,提高质量尽管我国汽柴油质量升级的步伐在不断加快,质量在不断提高。但与欧美等发达国家相比,我国汽柴油质量在硫含量等方面还有较大差距(见图4、图5)。2.2.4废水处理及排放控制2011年底,我国炼油二次加工装置中催化裂化装置共约191套,总能力达到17901万吨/年,其中只有少部分催化裂化装置的烟气进行了深度除尘和脱SO2处理,炼油过程加热炉烟气SOx许多炼油厂只是低标准达标,NOx排放还没有进行控制,炼油过程产生的废催化剂等固体废渣大多数填埋处理,部分炼油企业排放废水的COD虽然达标,但废水排放量大。2.2.53优化生物质资源配置,提高资源利用效率坚持绿色低碳方针,改造与提升我国炼油产业的总体思路:一是加强科技创新,开发绿色低碳炼油技术;二是实施结构调整,淘汰落后炼油能力;三是树立“分子利用与管理”理念,优化炼油流程,提高资源利用效率;四是加快质量升级,迅速提升油品清洁化程度;五是发展生物炼制,努力提高生物质液体燃料产量;六是狠抓节能和“三废”治理,支持炼油过程低碳绿色化。3.1油质、化产品和工艺技术开发绿色低碳炼油技术包括:原油资源充分利用技术、油品质量升级技术、环境友好的炼油技术、炼油过程节能和“三废”处理技术。原油资源充分利用技术开发的重点是:渣油沸腾床和浆态床加氢裂化催化剂和工程化技术、脱残炭脱金属和脱硫能力强的渣油固定床加氢处理催化剂、高效渣油脱沥青工艺和工程技术、高残炭渣油焦化技术、催化柴油高质化利用技术、降低催化裂化干气和焦炭产率的催化剂和工程技术。油品质量升级技术开发的重点是:低辛烷值损失的催化汽油选择性深度脱硫技术、低能耗柴油深度脱硫催化剂及工程技术、减少催化汽油中苯含量的催化裂化催化剂、提高产品辛烷值和氢气产率降低生焦的新一代重整催化剂、可灵活调整石脑油及中间馏分油收率的低能耗蜡油加氢裂化催化剂与工艺技术。环境友好的炼油技术开发的重点是:环境友好的丁烯和异丁烷烷基化催化剂工艺与工程技术、减少催化裂化烟气中SO2和NOx颗粒物排放的催化剂及设备与工程技术、减少延迟焦化过程废气排放的设备与工程技术。炼油过程节能和“三废”处理技术开发的重点是:炼油过程高效换热器和热集成技术、低品位余热回收利用技术、催化裂化烟气脱硫和脱硝技术、高效炼油污水深度处理及回收利用技术、炼油废催化剂回收和资源化利用技术、低能耗活性污泥无害化处理技术、炼油污水中重金属脱除技术。3.2新布点燃油的环境认证一是通过关停并转,加快淘汰小炼油和大炼油企业中的小炼油装置;二是用于满足市场需求新增的炼油能力要尽可能通过原有炼油企业的技术改造来实现,新布点炼油项目必须经过严格的环境认证;三是制止盲目扩大炼油产能,尤其防止小炼油以各种名义逃避国家监管扩大加工能力,避免造成资源浪费。3.3从油气加工流程角度鉴于原油是由各种分子量和分子结构的碳氢化合物组成的混合物,炼油过程是调整碳氢化合物分子量和分子结构的过程,为提高原油资源的利用效率,一要建立和完善原油分析表征手段,在尽可能弄清原油分子组成和结构的基础上,根据市场对炼油产品的需求和资源合理高效利用的要求,设计原油加工流程。二要根据炼油总流程的要求和力求原油中每个分子都应合理利用的理念,选择合适的原油品种,组织原油加工,优化加工方案。三要从原油出发分析生产运输燃料、乙烯、丙烯的能耗和产品收率,未来世界对运输燃料的需求、生产低碳烯烃资源状况和新的原料路线的技术开发进展,综合思考并调整石油化工的发展思路。高油价下宝贵的石油资源应首先定位于生产运输燃料,低碳烯烃的生产应首先用乙烷、丙烷、天然气凝析液等轻烃做原料。要重视利用MTO及MTP技术生产低碳烯烃,甲醇可以以天然气、煤为原料,一旦页岩气资源勘探及开发在我国取得重大突破,GTM-MTO的流程更有经济可行性和合理性。四是高度重视石油资源充分利用的关键——渣油加工的技术路线的选择,渣油通过加氢处理或加氢裂化可以明显提高轻质油品收率,而且过程清洁、环境友好,应该是今后渣油加工优先选择的工艺,要根据渣油的性质,大力采用适宜的渣油加氢工艺。3.4高辛烷值汽油调合组分的研究运输燃料使用过程中产生的污染物排放属高度分散污染源,很难处理,炼油企业必须始终重视生产的运输燃料的质量,提高油品清洁化程度。一是借鉴国外经验,结合中国国情,以确保环保要求为前提,开展油品质量与汽车尾气中污染物排放关系的研究,科学制定我国油品质量标准。二是针对我国炼油企业生产的汽油中催化裂化汽油为主,催化汽油深度脱硫后辛烷值损失加大,高辛烷值组分不足的情况,要重视发展蜡油加氢裂化—石脑油重整组合工艺,增产重整汽油作为高辛烷值汽油调合组分。三是利用液化石油气通过烷基化、芳构化等工艺生产高辛烷值汽油调合组分。四是采用燃料油脱硫技术降低燃料油中硫含量。五是发展生产优质柴油的渣油加氢裂化工艺增产优质柴油,支持油耗低、CO2排放少的柴油轿车的发展。3.5生物质新材料生物能源是人类最早开发利用的能源,煤炭的大量开发利用才使生物能源时代成为历史(见图6)。生物质是自然界唯一含氢、碳元素的可再生能源,将生物质含有的氧元素脱除后的碳、氢含量和石油的碳、氢含量相近,其最佳利用方式是生产运输燃料、生物化学品和生物材料。在不与民争粮、与粮争地、与禽畜争饲料的前提下,我国拥有数量巨大的农林生物废弃物,还可采用现代技术培育能源作物,利用生物质资源生产运输燃料、生物化学品和生物材料可以有效弥补未来石油资源的不足。生物油藻既可在清水也可在污水、咸水中生长,生长过程中大量吸收CO2,而且生长速度快,是单位时间单位面积产量最高的能源植物,具有很大发展潜力。我国数量可观的无法种植粮食、牧草的边际性土地如盐碱地、沙荒地可以选种高产能源作物,如柳枝稷、芒草。生物甲烷、纤维素乙醇、生物质气化制油(BTL)、生物质热裂解制油是生物质生产运输燃料的可行途径,在突破关键技术后要积极推广应用。炼油企业要重