淺談煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)

1、.：.； 淺談煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)摘要：多煤、貧油、少氣的資源構(gòu)造，以及可再生能源短期內(nèi)占比很小的現(xiàn)實決議了未來很長一段時間內(nèi)煤炭仍將是我國的主體能源。煤炭的清潔高效利用既是我國能源開展的戰(zhàn)略選擇，也是當(dāng)前節(jié)能減排最重要、最現(xiàn)實的手段。從電力和優(yōu)質(zhì)燃料兩個方面的艱苦需求看，煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)顯然是未來干凈煤開展的重要方向。本文對煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的概念和特點(diǎn)以及國內(nèi)外開展現(xiàn)狀進(jìn)展了概述，指出了關(guān)鍵技術(shù)問題并提出了建議。關(guān)鍵詞：煤基多聯(lián)產(chǎn) 高效清潔 問題 建議前言：中國是世界上最大的煤炭消費(fèi)國和消費(fèi)國，也是目前世界上僅有的四個以煤為主要能源的國家之一，煤炭占一次能源消費(fèi)的75%左右。從我國的能源資源和經(jīng)濟(jì)開展

2、程度看，在相當(dāng)長的時期內(nèi)，煤炭仍將是我國最主要的一次能源。煤炭作為能源對人類的開展做出了宏大的奉獻(xiàn)，但在煤炭的開發(fā)與利用過程中也產(chǎn)生了一系列污染問題，危及生態(tài)平衡和人類生存。既要支撐經(jīng)濟(jì)的高度開展又要堅持良好的生存環(huán)境，就必需提高煤炭利用效率，使煤成為干凈、高效和便于運(yùn)用的能源和原料，獨(dú)一的出路就是開發(fā)和運(yùn)用“干凈煤技術(shù)，而煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)正是滿足這一需求的高效、經(jīng)濟(jì)、靈敏的煤炭綜合利用技術(shù)。1、煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的概述概念煤基多聯(lián)產(chǎn)是指利用從單一的設(shè)備氣化爐中產(chǎn)生的合成氣主要成分為COH2，來進(jìn)展跨行業(yè)、跨部門的消費(fèi)，以得到多種具有高附加值的化工產(chǎn)品、液體燃料甲醇、FT合成燃料、二甲醇、城市煤氣、

3、氫氣以及用于工藝過程的熱和進(jìn)展發(fā)電等。該系統(tǒng)的概念表示圖如下所示： 該技術(shù)以煤炭氣化為“龍頭，將多種煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化組合集成在一同，以同時獲得多種高附加值的化工產(chǎn)品和多種干凈的二次能源。煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)過氣化把兩大系統(tǒng)：燃料/化工產(chǎn)品消費(fèi)系統(tǒng)、動力消費(fèi)系統(tǒng)一致結(jié)合起來進(jìn)展物質(zhì)與能量交換，使動力系統(tǒng)到達(dá)合理利用能源和低污染排放，又使化工產(chǎn)品或清潔燃料的消費(fèi)過程低能耗與低本錢，是一個實現(xiàn)多領(lǐng)域功能需求和能源資源高增值目的的可繼續(xù)開展能源利用系統(tǒng)。1.2系統(tǒng)組成 典型的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成的單元技術(shù)，普通包括：合成氣制備過程氣化、凈化與顯熱回收單元，混合氣分別過程如空分單元等，甲醇、二甲醚、汽油、柴油

4、等化工產(chǎn)品合成與精餾等過程，以及由燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐與汽輪機(jī)等熱功轉(zhuǎn)換過程，或和燃料電池等直接發(fā)電過程組成。1.3技術(shù)特點(diǎn) 煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的中心就是強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)交換和能量轉(zhuǎn)換過程的有機(jī)耦合、優(yōu)化與集成，從而使得系統(tǒng)具有靈敏的產(chǎn)品和原料系統(tǒng)。該技術(shù)處理了燃料和電獨(dú)立消費(fèi)時效率低、產(chǎn)品制造本錢高的問題，在系統(tǒng)內(nèi)部控制污染，具有高效、干凈、靈敏等顯著特點(diǎn)。該系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上到達(dá)充分的彈性構(gòu)造，具有非常強(qiáng)的市場競爭力，并且可以彌補(bǔ)正在開發(fā)的煤炭發(fā)電和利用單項技術(shù)超臨界燃煤發(fā)電、增壓流化床熄滅、煤液化、整體煤氣化結(jié)合循環(huán)、先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池等難以同時滿足效率、本錢和環(huán)境等多方面要求的缺乏。與常規(guī)煤發(fā)電

5、和煤基化工相比，煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是一種跨越式開展，并且與氫能利用、削減CO2排放的長久可繼續(xù)開展目的相交融。2、煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題 煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一個跨行業(yè)，涉及多學(xué)科的宏大復(fù)雜系統(tǒng)，各個消費(fèi)過程的物質(zhì)流、能量流、信息流和價值流相互交叉、耦合，其復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越單個產(chǎn)品的消費(fèi)。故在開發(fā)與運(yùn)用該系統(tǒng)時難免遇到許多問題，其中關(guān)鍵問題列舉如下：2.1 系統(tǒng)方面 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的中心就是強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)交換和能量交換過程的有機(jī)耦合、優(yōu)化與集成，因此從系統(tǒng)工程角度而言，有大量的科學(xué)問題有待研討。如：聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化綜合、優(yōu)化運(yùn)轉(zhuǎn)、負(fù)荷跟蹤和控制、靈敏系統(tǒng)燃料、產(chǎn)品設(shè)計等。國內(nèi)外聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的研討開展也闡明將聯(lián)

6、產(chǎn)系統(tǒng)作為一個整體進(jìn)展系統(tǒng)集成和優(yōu)化是聯(lián)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)的重點(diǎn)和前沿，這需求功能強(qiáng)大的計算機(jī)軟件平臺作為支撐。2.2 關(guān)鍵單元技術(shù)方面1氣體分別的膜技術(shù)在煤炭多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)消費(fèi)的各個階段需求各種氣體的大流量、低能耗、廉價的分別。例如，在用于IGCC的煤氣化中，空氣中氧和氮的分別，用目前的空分安裝消費(fèi)氧氣的費(fèi)用普通要占整個電廠運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的15%-20%。再如，CO2和H2的分別，合成氣經(jīng)蒸汽重整后所得的CO2和H2用金屬和非金屬陶瓷膜加以分別，使之比目前的變壓吸附方法降低本錢。Vision21已將膜分別技術(shù)列為先導(dǎo)技術(shù)，正在研討開發(fā)大容量、低本錢的高溫陶瓷膜離子遷移膜，以替代昂貴的深度冷卻空分工藝。2各產(chǎn)品

7、新的工藝流程、新型催化劑和催化工程、反響工程從聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的效率、效益和環(huán)境出發(fā)，以上技術(shù)都需求有面向新目的的突破。3先進(jìn)的高溫、高效燃?xì)廨啓C(jī) 21世紀(jì)的化石能源和資源的利用均以燃?xì)廨啓C(jī)作為動力消費(fèi)的關(guān)鍵中心部件，技術(shù)提高先進(jìn)冷卻技術(shù)、資料將使得透平進(jìn)口溫度提高至1500以上，同時結(jié)合系統(tǒng)的研討，天然氣為燃料時，將使系統(tǒng)效率到達(dá)60%左右。促使先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)在中國的開展和運(yùn)用也是中國能源工業(yè)所面臨的艱苦挑戰(zhàn)之一。4先進(jìn)的高溫如固體氧化物SOFC和低溫質(zhì)子交換膜PEMFC燃料電池技術(shù) 目前，以燃料電池能源公司和Siemens-WestinghousePittsburgh，PA為代表正在開發(fā)熔融碳酸鹽和

8、固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，并能與Vision21以高效氣化技術(shù)為主題的系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來。5高溫除塵脫硫為充分利用從氣化爐出來的合成氣的顯熱，不宜采用水激冷的方法，因此高溫條件下合成氣凈化問題成為了一個重要課題。此外，煤炭基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和合成氣的各種其他雜質(zhì)，包括有害金屬化合物的脫除都是一個共性的關(guān)鍵問題。目前，高溫除塵多處在實驗室與中試規(guī)模，進(jìn)入示范運(yùn)用的有陶瓷過濾器和陶瓷阻隔過濾器，而高溫干式脫硫以循環(huán)可再生金屬氧化物吸收劑為研討重點(diǎn)。6CO2的處置與運(yùn)用 能源系統(tǒng)中合成氣經(jīng)過蒸汽重整轉(zhuǎn)換成CO2和H2，經(jīng)膜分別后，所獲得的CO2可注入深煤層以強(qiáng)化煤層氣的開采，所得到的

9、煤層氣用于高效發(fā)電。3、煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)開展現(xiàn)狀3.1 國外開展現(xiàn)狀 自20世紀(jì)80年代起，美國、歐盟和日本等國政府分別制定和實施了IGCC和煤炭聯(lián)產(chǎn)研發(fā)方案。1998年，克林頓政府制定了愿景21Vision能源工廠開展規(guī)劃，鼓勵煤炭聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。一些國際上著名公司，如BP公司、Texaco公司、GE公司、Shell公司等都在進(jìn)展煤炭聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的研發(fā)。2003年初，美國政府宣布開場執(zhí)行未來電力Future Gen工程，2021年初對該工程進(jìn)展了重組，重點(diǎn)支持IGCC或其他先進(jìn)燃煤電站。自2004年歐盟開場執(zhí)行HYPOGEN工程，該工程以建成煤氣化為根底，消費(fèi)電力和氫并進(jìn)展CO2分別和處置

10、的近零排放電站為目的德國提出了COORETEC方案，旨在研討開發(fā)以化石燃料為根底的近零排放發(fā)電技術(shù)。日本于1993年在“新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu) NEDO內(nèi)設(shè)立“干凈煤技術(shù)中心CCTC制定了陽光方案。日本新能源開發(fā)機(jī)構(gòu)于1998年提出了以煤氣化凈化、燃?xì)獍l(fā)電和燃料電池發(fā)電為主要內(nèi)容的EAGLE多聯(lián)產(chǎn)方案。3.2 國內(nèi)開展現(xiàn)狀 國內(nèi)研討所和大學(xué)與國際同步，在20世紀(jì)末開場了現(xiàn)代意義上的煤炭多產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)概念的探求，并已開場進(jìn)展系統(tǒng)研討和相關(guān)單項技術(shù)的研討開發(fā)。國家中長期科技開展規(guī)劃研討提出，“將多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)作為能源科技開展的戰(zhàn)略重點(diǎn)方向之一。煤氣化、煤制油、燃?xì)廨啓C(jī)等多項單元技術(shù)已被列入國家“973

11、 、“863方案。有關(guān)科研單位和企業(yè)分別提出了符合各自開展特點(diǎn)的多聯(lián)產(chǎn)工藝道路，有的曾經(jīng)開場進(jìn)展系統(tǒng)集成研討。中科院工程熱物理研討所在國家863方案和中科院知識創(chuàng)新工程艱苦工程的支持下，與山東兗礦集團(tuán)協(xié)作進(jìn)展76MW發(fā)電和年產(chǎn)24萬噸甲醇煤氣化合成甲醇、結(jié)合循環(huán)發(fā)電部分聯(lián)產(chǎn)示范工程的建立，該項工程的流程表示圖如下所示：華能集團(tuán)公司、神華集團(tuán)公司等大型企業(yè)曾經(jīng)制定了多聯(lián)產(chǎn)開展規(guī)劃，方案到2021年前后實現(xiàn)初級系統(tǒng)的工業(yè)運(yùn)用，并逐漸向先進(jìn)系統(tǒng)開展。其中，中國華能集團(tuán)公司處積極探求參與Future Gen國際協(xié)作工程的能夠外，還對比美國“未來電力工程提出了“綠色煤電方案。4、對我國開展煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)

12、的建議4.1 因地制宜，合理選擇技術(shù)道路 根據(jù)我國能源的供需特點(diǎn)，將開展煤化工、消費(fèi)液體燃料和實現(xiàn)干凈發(fā)電共同作為多聯(lián)產(chǎn)的開展方向。詳細(xì)技術(shù)道路的選擇，應(yīng)由企業(yè)根據(jù)國家導(dǎo)向、所在地域條件、煤種煤質(zhì)、產(chǎn)品市場等情況自行確定。4.2加強(qiáng)規(guī)劃，完善政策 加強(qiáng)多聯(lián)產(chǎn)開展的整體規(guī)劃，做好科技規(guī)劃與產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的銜接、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃與配套政策的銜接，同步推進(jìn)初級系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化和先進(jìn)系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)。4.3啟動示范工程，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān) 建議成立國家多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)研討中心，集中優(yōu)勢科研力量，對關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)和專屬性技術(shù)進(jìn)展攻關(guān)。4.4加強(qiáng)指點(diǎn)，快速開展5、終了語 以煤為主并且在相當(dāng)才時間內(nèi)難以根本改動的能源構(gòu)造決議中國必需高效干凈利用煤炭資源。從電力和優(yōu)質(zhì)燃料兩方面的艱苦需求和國內(nèi)外煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)開展情況來看，煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)顯然是未來干凈煤開展的主流趨勢。多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)是綜合處理我國21世紀(jì)面臨的能源問題的重要途徑，具有非常重要的現(xiàn)實意義。6、參考文獻(xiàn)1 蔡瑞賢，金紅光，林汝謀.21世紀(jì)100個交叉科學(xué)難題-能源動力系統(tǒng)與環(huán)境協(xié)調(diào)相容的難題M.北京：科學(xué)，2005.2 倪維斗，李政，薛元.以煤氣化為中心的多