謝克昌認識煤化工 大力推進煤清潔高效利用

煤是我國的主體和基礎(chǔ)能源。世界各國的能源結(jié)構(gòu)中化石能源平均占了80%，煤占28%。而中國的化石能源占到93%，煤占到70%左右。按照“十一五”規(guī)劃，2010年度我國的能源消耗是27億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，但到目前為止僅煤炭已超過32億噸。據(jù)今年6月出版的《世界能源報告》數(shù)據(jù)，2009年中國煤炭消耗占了世界的46.9%，這一現(xiàn)實值得我們高度關(guān)注。一方面由于稟賦特點是能源資源的主要提供者，另一方面因為技術(shù)落后又是環(huán)境生態(tài)的主要污染源，煤炭對中國是棘手的兩難選擇，煤的清潔高效利用是唯一出路。加強煤的清潔高效綜合利用技術(shù)開發(fā)，推進傳統(tǒng)能源清潔高效利用應(yīng)該是國家能源戰(zhàn)略的重中之重。目前，世界煤化工的主戰(zhàn)場在中國，煤炭能源化工是現(xiàn)代煤化工的重要表現(xiàn)。針對曾經(jīng)出現(xiàn)的煤化工熱，國家早就提出要科學(xué)規(guī)劃、有序發(fā)展煤化工，結(jié)果不但沒有冷下去，還遍地開花。根據(jù)中國的能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，近、中期中國能源發(fā)展戰(zhàn)略的重點應(yīng)該是煤的清潔高效和低碳化利用。煤化工和煤的高效清潔利用是什么關(guān)系？煤化工過熱是不是限制了煤炭潔凈高效利用發(fā)展和推廣？我認為，煤化工是煤炭能源清潔高效利用技術(shù)開發(fā)的重要學(xué)科支撐，但煤化工應(yīng)以煤的清潔高效利用為前提，循環(huán)經(jīng)濟型煤炭能源化工是實現(xiàn)煤炭清潔高效利用的重要途徑，必須科學(xué)認識煤化工，大力推進煤的清潔高效利用。中國是世界煤化工的主戰(zhàn)場傳統(tǒng)的煤化工路線包括煤炭焦化、煤氣化一合成氨一化肥、煤一電石一乙快一聚氯乙烯，以中國為主，產(chǎn)量占世界的1/3以上，對全國GDP貢獻約3%。煤化工的特點表現(xiàn)在基礎(chǔ)研究多學(xué)科，工程開發(fā)多技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)多投資，經(jīng)濟效益多因素，高碳排放高水耗。傳統(tǒng)煤化工已形成了我國煤化工的產(chǎn)業(yè)鏈。新一代煤化工是指以煤氣化為龍頭，以一碳化學(xué)為基礎(chǔ)，合成各種替代液體燃料及化工產(chǎn)品。我國神華百萬噸級直接液化裝置已成功開車、運行基本正常；兗礦百萬噸間接液化示范項目進入核準(zhǔn)階段；兩套16萬噸/年間接液化和一套10萬噸/年甲醇制汽油裝置都已運行。總體來說，我國已經(jīng)基本掌握煤直接、間接液化技術(shù)，但工業(yè)化示范有待完善。而國外則規(guī)劃多，落實少。對于煤制甲醇路線，國外以天然氣為主要原料，國內(nèi)則以煤系原料為主，可是建設(shè)不盡落實、生產(chǎn)不太景氣，2008年產(chǎn)量僅為產(chǎn)能的54%。但甲醇作為替代燃料興旺，MTO,MTP，MTG，MTA研發(fā)蓬勃。煤制二甲醚國外很少，國內(nèi)2008年產(chǎn)能600萬噸，產(chǎn)量僅有200萬噸，開工率30%。2010年預(yù)計車用二甲醚需求僅僅20萬噸，15%替代液化石油氣450萬噸，仍然供大于求。煤制天然氣能量轉(zhuǎn)化率較高，可達約53%，是目前從能效、水耗、煤耗和投資上都較好的一條技術(shù)路線，因此是引起廣泛關(guān)注的新一代煤化工項目。1984年美國GreatPlains公司以褐煤為原料的每天389萬立方米裝置仍在運行，450萬噸原煤/年制合成氣和1萬噸投煤量/天的天然氣一發(fā)電正在建設(shè)。國內(nèi)煤制天然氣可研規(guī)劃已經(jīng)達到每年950億標(biāo)準(zhǔn)立方米，其中伊犁規(guī)劃總量500億立方米，其他在建的8個有180億立方米。以煤為原料的甲醇制烯烴、合成氣制乙二醇技術(shù)開發(fā)我國領(lǐng)先，目前仍處于工業(yè)化示范階段。采用中科院大化所等單位歷經(jīng)近30年研發(fā)的DMTO-I技術(shù)的世界首套甲醇制低碳烯烴60萬噸/年裝置2010年8月在神華包頭投料運行一次成功，而采用DMTO-II技術(shù)的70萬噸/年的工業(yè)化示范項目許可也已于2010年10月簽約。綜觀國內(nèi)外煤化工現(xiàn)狀，可以看出：國外不景氣、國內(nèi)過熱；國外小試、中試，國內(nèi)引進、放大；國內(nèi)外基本都是項目規(guī)劃多、落實少，產(chǎn)能大、產(chǎn)量?。粐鴥?nèi)現(xiàn)階段以技術(shù)儲備為重，工業(yè)示范為主；煤氣化是煤化工的基礎(chǔ)和關(guān)鍵過程，其技術(shù)的主要選擇依據(jù)是煤質(zhì)、產(chǎn)品、效率、環(huán)境等特定條件，以適宜為準(zhǔn)；技術(shù)創(chuàng)新和水資源是制約中國現(xiàn)代煤化工發(fā)展的瓶頸。煤的清潔高效利用是必然目前，世界和中國能源消費結(jié)構(gòu)都是以高碳能源為主，中國又以碳排放系數(shù)最高的煤炭為主，污染十分嚴(yán)重。二氧化硫、氮氧化合物的排放已超過環(huán)境自凈能力，二氧化碳的排放更面臨越來越大的壓力，值得注意的還有渣塵年排放量數(shù)億噸中，重金屬已超過2萬噸，其中僅煤燃燒排放的人為源汞就占到汞排放總量的40%，對人體危害很大。需要特別指出的是，現(xiàn)在我國60%?70%的能源消費是生產(chǎn)性消費，發(fā)達國家正好倒過來，60%?70%用于非生產(chǎn)性消費。去年哥本哈根會議上歐盟等發(fā)達國家提出全球到2050年碳排放減半，其中發(fā)達國家占80%，發(fā)展中國家占20%。2005年全球碳排放272億噸，按這個標(biāo)準(zhǔn)，2050年減半是136億噸。這對以煤為主要能源并正處于工業(yè)化中期的中國是不公平的。但作為負責(zé)任的大國，我國提出了明確的碳減排目標(biāo)，任務(wù)之艱巨，壓力之巨大，顯而易見。對于中國來說，如果不用煤，能用什么能源？除煤以外的其他各種能源，從長遠看都可以用，但就近、中期，指望它們擔(dān)當(dāng)主體，不得不考慮石油和天然氣的儲量短缺和引進困擾；風(fēng)能、太陽能的有效性和實用性；水能的地域和生態(tài)局限性；核能的原料供應(yīng)和廢料處理問題。因此，潔凈煤雖然不是“銀彈”，但不得不再燒幾十年。面臨著以高碳排放煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)和以能耗大、污染重的重化工業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與綠色、低碳發(fā)展迫切需求之間的矛盾，中國必須“加快發(fā)展高碳能源低碳化利用和低碳產(chǎn)業(yè)”（2009年《全國人民代表大會常務(wù)委員會關(guān)于積極應(yīng)對氣候變化的決議》）；“大力發(fā)展低碳技術(shù)；努力建設(shè)以低碳排放為特征的產(chǎn)業(yè)體系和消費模式'（2010年《政府工作報告》）；“加強煤的清潔高效綜合利用、煤轉(zhuǎn)天然氣、煤制重要化學(xué)品技術(shù)研發(fā)，（胡錦濤，2010年6月7日在兩院院士大會上的講話）；“推進傳統(tǒng)能源清潔高效利用”（中共中央關(guān)于制定“十二五”規(guī)劃的建議）。在國家能源局列出的低碳能源技術(shù)中，化石能源清潔高效利用技術(shù)排在第一位，當(dāng)然主要是指煤炭的清潔高效利用。我認為，煤炭的清潔高效利用應(yīng)該包括煤的安全、高效、綠色開采，煤利用前的預(yù)處理，煤利用中的污染控制與凈化，新型清潔煤燃燒，先進燃煤發(fā)電，先進輸電，煤潔凈高效轉(zhuǎn)化，煤基多聯(lián)產(chǎn)和煤利用過程中的節(jié)能減排。其中，煤潔凈高效轉(zhuǎn)化技術(shù)主要指現(xiàn)代煤化工，即以煤熱解、氣化為基礎(chǔ)，以一碳化學(xué)為主線，以單元過程優(yōu)化集成為途徑，生產(chǎn)各種替代燃料和化工產(chǎn)品，如天然氣、甲醇、二甲醚、合成油、烯烴、精細化學(xué)品等。煤化工學(xué)科是煤清潔高效利用的重要支撐煤化工和煤的清潔高效利用是什么關(guān)系？我認為煤化工的學(xué)科基礎(chǔ)、技術(shù)進步、發(fā)展方向均與煤的清潔高效利用，特別是與煤燃燒、煤轉(zhuǎn)化、污染物控制、凈化和利用等密切相關(guān)。比如煤化工的學(xué)科與科技進步主要有幾個方面，如原子經(jīng)濟性反應(yīng)、原料路線選擇優(yōu)化、單元過程優(yōu)化集成、新型分離技術(shù)組合以及定向反應(yīng)與合成，對應(yīng)可指導(dǎo)煤的清潔高效利用中碳、氫、氧有效組分高效轉(zhuǎn)化，硫、氮等污染組分聯(lián)合脫除；富碳、富氫原料充分利用，劣質(zhì)煤與生物質(zhì)綜合利用；提高物料轉(zhuǎn)化效率，實現(xiàn)能量梯級利用；高溫氣體凈化分離，反應(yīng)分離一體化；新型清潔煤燃燒、低碳產(chǎn)品合成與低碳排放過程。所以說，煤化工從學(xué)科和本身的科技進步上對煤的潔凈高效利用有很重要的直接支撐作用。例如，潞安16萬噸/年煤基合成油聯(lián)產(chǎn)30萬噸/年尿素，不僅可以每年減排CO241萬噸，而且通過低熱值尾氣的IGCC發(fā)電可以聯(lián)產(chǎn)11.5兆瓦的電力。再如由太原理工大學(xué)等單位承擔(dān)的國家“973”項目，利用氣化煤氣中的CO2和焦?fàn)t煤氣中富含的甲烷，通過它們在特定條件下的重整反應(yīng)制取合成氣進而生產(chǎn)醇醚燃料和電力，不僅可以使煤中碳、氫、氧達到原子經(jīng)濟性利用，而且有助于CO2的源頭減排和節(jié)水。由于通過集成優(yōu)化，可以使能量流、物質(zhì)流、流梯級利用，煤基熱電化多聯(lián)產(chǎn)這一集資源、能源、環(huán)境一體化能源系統(tǒng)被專家認為是“綜合解決我國能源問題的重要方案”。如果將這一認識拓寬至從煤的開采洗選，通過焦化、氣化、液化等組成的化工產(chǎn)品鏈，與發(fā)電、供熱、污水處理、建材