我國富煤貧油的能源結構特點，決定了煤炭在今后一段時期仍是主體能源。圖為山西的一處煤炭開采現場。
我國能源結構的特點決定了煤炭在今后相當一段時期仍是國內的主體能源。然而，隨著社會公眾對環(huán)保的關注度提高，煤炭帶來的環(huán)境問題也日益引發(fā)關注。如何使煤炭在保持主體能源地位的同時，又實現清潔生產？一個思路最近引發(fā)業(yè)界熱議：把低溫熱解技術和高效燃煤發(fā)電技術相耦合，將煤炭分級分質轉化為油、氣、電，可大量減少二氧化碳、二氧化硫、粉塵等燃煤污染，比現有煤炭應用技術節(jié)能10%以上。
如果“十三五”時期在煤炭、煤電基地建設示范并推廣低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產項目，可以推進我國煤炭生產和消費革命。
現狀： 低階煤利用不當帶來環(huán)境問題
所謂低階煤，是指處于低變質階段的煤，根據煤化程度，可分為低變質煙煤（包括長焰煤、不黏煤、弱黏煤）和褐煤。我國探明煤炭資源儲量14842.9億噸，其中低階煤占59%，約8757.3億噸。2013年，全國煤炭產量36.8億噸，其中低階煤產量18億噸，占49%；全國煤炭消費量36.5億噸，其中低階煤消費量19.2億噸，占52.6%。
當前，我國90%以上的低階煤用作發(fā)電、工業(yè)鍋爐和民用燃料直接燃燒，由此引發(fā)一系列嚴重的生態(tài)和環(huán)境污染問題，且白白浪費了低階煤中蘊藏的油、氣和化學品資源。2012年，我國煤炭使用對環(huán)境PM2.5年均濃度的貢獻估算值為56%。這其中，約六成是由煤炭直接燃燒產生的，約四成是由使用煤炭的重點行業(yè)排放的。因此，治理燃煤污染，必須改變以往僅將煤炭作為燃料為主的利用方式，將煤炭作為燃料和原料并重分級轉化、梯級利用是較為合理的方式。而對于占我國煤炭儲量一半以上的低階煤而言，熱解是一種較好的利用方式。
煤的熱解是指將煤在惰性氣氛下持續(xù)加熱至較高溫度時發(fā)生的一系列物理變化和化學反應的復雜過程。在此過程中，煤發(fā)生交聯鍵斷裂、產物重組和二次反應得到氣體（煤氣）、液體（焦油）及固體（半焦）等產物。按煤熱解溫度，熱解分為低溫熱解（500～600℃）、中溫熱解（650～800℃）、高溫熱解（900～1000℃）和超高溫熱解（＞1200℃）。
對于低階煤而言，其煤化程度低、揮發(fā)分高、水含量高，直接燃燒或氣化效率低；而其有機質化學結構中側鏈較多，有機質元素組成中氫氧含量較高，可以以最小的能耗和物耗，通過熱解方式，獲取所需的清潔能源和化學品。
為得到高產率的煤焦油和煤氣，低階煤大多采用低溫熱解的方式?，F有低溫熱解技術主要有LFC工藝、LCC工藝、DG工藝、MRF工藝、循環(huán)流化床煤分級轉化多聯產技術、蓄熱式無熱載體旋轉床干餾技術、神華模塊化固體熱載體技術等，均不同程度地攻克了一些重大熱解技術難題，但大多處于小試或中試階段，均未實現規(guī)?；I(yè)運行。此外，龍成低階煤旋轉床熱解技術已實現1000萬噸/年規(guī)模裝置（單套80萬噸）穩(wěn)定運行，具有單套裝置規(guī)模大、焦油產率高、能源轉換效率高、原料適應性強、水資源消耗低、環(huán)境污染小、酚氨廢水實現近零排放等特點。該成果已通過中國石油和化學工業(yè)聯合會科技成果鑒定。
對策： 分級分質清潔利用成重要途徑
低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產，是實現低階煤分級分質清潔高效利用的重要途徑。中國工程院組織30位院士、400多位專家和95家單位歷時兩年完成的《中國煤炭清潔高效可持續(xù)開發(fā)利用戰(zhàn)略研究》認為：“以煤的部分裂解氣化制高級油品、半焦發(fā)電、灰渣綜合利用為主要特點的煤分級轉化技術，與現有煤燃燒與煤氣化技術相比，在能耗、環(huán)保以及經濟性方面具有優(yōu)越性，可以跨越式提高煤炭利用效率、環(huán)境效益和經濟性，有望改變現有煤炭利用方式，促進傳統(tǒng)產業(yè)的升級改造?！?/p>
低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產，是以低溫熱解技術為先導，與先進的燃煤發(fā)電技術相結合，將低階煤分級分質轉化為油、氣、電，若平均每噸低階煤按產油率7.1%和產甲烷氣率4.2%估算，每年可從全國消費的19.2億噸低階煤中提取燃料油1.37億噸、液化天然氣（LNG）0.81億噸，發(fā)電3.22萬億千瓦時，實現低階煤資源的最大化利用，符合中央提出的煤炭生產和消費革命構想，是實現低階煤分級分質清潔高效利用的重要途徑。具體看，多聯產有以下幾個途徑：
煤氣制氫聯產LNG。低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產技術所產煤氣甲烷含量高、惰性成分低、熱值高，低位熱值約為5800～6500千卡/標準立方米，同時含有一定量的氫氣，可經脫硫、轉化、變換、深冷等環(huán)節(jié)，制取氫氣聯產LNG，并為煤焦油加氫改質提供氫源。
煤焦油加氫改質制取柴油、石腦油。低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產技術所產低溫煤焦油密度小、氫含量高、熱值高、水分低、膠質及瀝青質含量低，易于加氫改質制取清潔的柴油和石腦油等主要產品。
潔凈煤發(fā)電。低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產技術可制取潔凈煤，根據選擇不同的原料煤，通過控制工藝來控制潔凈煤的揮發(fā)分，滿足煤粉鍋爐和循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電的用煤要求。
意義： 促節(jié)能減排保安全提升競爭力
從我國的現實情況看，低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產意義重大。
首先，可促進節(jié)能減排，實現煤炭清潔利用。
低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產技術可通過熱解過程脫硫、脫氮、脫除熱解水，使熱解產物替代散煤以及干煤密封運輸，減少溫室氣體和污染物排放，實現煤炭清潔燃燒、低碳利用。
熱解過程中脫硫脫氮，可減少污染物排放。熱解過程中，煤中的可燃硫以硫化氫形式存在于煤氣中。硫化氫經后續(xù)脫硫工序生成單質硫，加工制成硫黃膏回收利用，脫硫率達98%以上。煤中氮元素以氮氣形式脫除，從而減輕大氣污染。
熱解產物替代散煤，可減少燃煤污染。2013年，全國煤炭消費量約36.5億噸（低階煤消費量約19.2億噸），其中發(fā)電燃煤18.1億噸、工業(yè)鍋爐燃煤7.2億噸、民用燃煤2.9億噸。若利用該技術，從每年全國消費的低階煤中可提取油品1.37億噸、LNG0.81億噸。若將其中0.55億噸LNG替代全部民用燃煤，將剩余的0.26億噸LNG和提取的1.37億噸油品替代工業(yè)鍋爐用煤，可減排二氧化碳10.95億噸，相當于全國總排放量的13.40%；減排二氧化硫578.74萬噸，相當于全國總排放量的27.83%；減排粉塵399.22萬噸，相當于全國總排放量的31.24%；減排氮氧化合物171.56萬噸，相當于全國總排放量的7.70%。
熱解過程中脫除熱解水，可減少無效能耗，實現節(jié)能發(fā)電。低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產技術可將低溫熱解產出的潔凈煤用于電廠發(fā)電，因熱值提高、熱解水減少，每發(fā)1千瓦時電可減少煤耗1.9克標煤。以1000兆瓦電廠為例，全年可節(jié)煤1.04萬噸標煤。
干煤密封儲運，可實現節(jié)能降耗，減少粉塵污染。煤炭在鐵路運輸過程中，因振動泄漏及風流作用揚起的煤塵會造成嚴重的煤炭資源浪費。據鐵路運輸部門統(tǒng)計，2012年，我國因煤炭運輸揚塵散落的煤粉達1850萬噸，同時煤塵漂浮到大氣中，產生大量可吸入顆粒粉塵，導致嚴重的大氣污染。
原料煤經低溫熱解可脫除煤中20%左右的水，且潔凈煤的熱值隨之提升5%～10%，可減少煤炭運量、降低運輸成本。更重要的是，這樣便可采用密封方式儲存和運輸潔凈煤，既能降低運輸能耗，又可減少揚塵污染。2013年全國鐵路運輸23.2億噸煤，其中低階煤運量約10億噸，采用干煤密封運輸，可降低25%的運輸能耗（折標煤70萬噸），可避免散裝運輸途中1%的煤炭損耗（約1000萬噸），減少運輸途中1000萬噸的揚塵污染，實現煤炭清潔運輸。
其次，可立足國內資源，提升油氣安全保障。
《中國煤炭清潔高效可持續(xù)開發(fā)利用戰(zhàn)略研究》指出：“以發(fā)電為主的煤熱解氣化半焦燃燒分級轉化多聯產近零排放污染物灰渣資源化回收技術具有巨大潛力。2011年7.65億千瓦火電裝機，18億噸耗煤，90%以上煙煤和褐煤，其所含揮發(fā)分可轉化為2700億立方米合成天然氣，相當于我國天然氣消費量的2倍多；或2.2億噸燃油，接近我國石油消費量的一半，與石油進口量相當 ?！?/p>
若采用低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產技術，加工全國每年消費的約19.2億噸低階煤，可為國家提供約1.37億噸的油品和0.81億噸的LNG。在2013年全國探明煤炭儲量中，低階煤占59%，約8757.3億噸。這些低階煤中蘊藏著約657億噸油品，51萬億立方米天然氣，這是我國石油剩余技術可采儲量的20倍、天然氣剩余技術可采儲量的11倍，“大煤田”意味著“大油田”、“大氣田”，進而有效降低我國油氣對外依存度，提高國家油氣安全保障。
再次，其所產油氣成本低，可提升產品國際競爭力。
低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產技術依托原料適應性強、油氣產率高、質量好等優(yōu)勢，可有效降低油氣成本，較目前我國煉油、煤直接液化制油、煤間接液化制油、煤制天然氣等產品，其成本低、投資省。該技術若能得到大規(guī)模推廣，將大幅降低現有油氣成本，傳導至工業(yè)品、消費品、投資品等下游終端產品，一方面可降低居民生活成本，另一方面可拉低國內能源基礎原料成本、公用事業(yè)服務等生產要素價格，進一步壓縮生產成本，進而有效提升我國出口產品的國際競爭力。
最后，可促進產業(yè)優(yōu)化升級，培育新的增長點。
若將全國每年消費的19.2億噸低階煤采用該技術加工利用，可產成品油1.37億噸，LNG0.81萬噸，發(fā)電3.22萬億千瓦時，市場總價值約18016億元，與19.2億噸低階煤的原煤價值（約4928億元）相比，可多創(chuàng)造約13088億元的GDP。
建言： 可先建示范工程再向全國推廣
《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014～2020）》強調：“積極推進煤炭分級分質梯級利用?！边@為推廣低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產提供了難得的機遇。為此筆者建議：
將低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產技術列入“十三五”國家重點研發(fā)計劃優(yōu)先啟動專項。重點攻關熱解裝置工藝優(yōu)化與設備定型、熱解裝置大型化開發(fā)、提質煤適應性研究、煤焦油加氫、煤氣制氫聯產LNG、低階煤低溫熱解與燃煤鍋爐發(fā)電耦合等技術問題，在國家規(guī)劃的煤炭、煤電基地內，選擇一種較為成熟的低階煤低溫熱解技術，建設一個低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產示范項目，作為國家煤炭清潔高效利用的重點示范工程。在示范項目實現穩(wěn)定運行基礎上，國家適時組織驗收，達標后，有計劃、有步驟地在全國范圍內推廣應用低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產工藝。
當前，一些企業(yè)在低階煤多聯產領域展開了嘗試。圖為山東一家企業(yè)的低階煤熱解提制油項目工程施工現場。（徐麗紅攝）
煤炭在鐵路運輸過程中揚起的煤塵易造成資源浪費及大氣污染，而原煤經低溫熱解后運輸可脫除水分、減少運量、降低能耗和污染。圖為煤炭鐵路運輸現場。（劉微攝）
相關評論
順勢而為合理規(guī)劃
每當汛期來臨、洪水來襲的時候，最好的辦法無疑是用疏導的辦法泄洪，以達到趨利避害、化險為夷的效果。當下，我國現代煤化工的發(fā)展就像滾滾而來的洪水，既然堵不住，那么，最好的辦法就是以疏為主，疏堵結合。
這些年來，我國現代煤化工在爭議聲中發(fā)展，在探索中前行。這其中有代價，也有收獲；有苦果，也有成果。從國家近期頻頻放行煤化工項目來看，經過一段時間的擱置以后，我國開始重啟煤化工投資。這一現象說明，由于我國富煤的資源稟賦，至少在未來幾十年內，煤炭利用仍然會占據主導地位。既然“堵”不住，那么唯一的辦法就是積極疏導，科學引導，促進我國煤化工產業(yè)的健康發(fā)展。
可以說，關于發(fā)展低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產的建議，為眾多欲在煤化工領域一展雄風的化工企業(yè)指明了一條科學發(fā)展的路徑，提供了一個煤炭清潔高效利用的方案。這個方案，至少從現階段和現有的技術而言，是一個合理的煤炭清潔利用方案，是一個讓低階煤物盡其用、吃干榨盡、清潔高效的方案，是一個疏解即將到來的煤化工“洪峰”的避險方案，也是一些煤化工企業(yè)在猶豫徘徊和左顧右盼之后可以嘗試實施的方案。
以往，我國現代煤化工受到質疑的一個重要原因，是國際上可供借鑒的經驗不多。一些人質疑：發(fā)達國家都沒有大力發(fā)展的產業(yè)，我國能不能發(fā)展好？會不會掉進某種陷阱？事實上，我國現代煤化工無論從技術上、還是在規(guī)模上，已經走在了世界前列。此前，眾多專家一再呼吁，發(fā)展現代煤化工產業(yè)一定要做好頂層設計，拿出科學規(guī)劃，制定合理方案，以推動和促進我國煤化工的健康與可持續(xù)發(fā)展。鼓勵低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產，并適時列入“十三五”重點研發(fā)計劃優(yōu)先啟動專項，正是這樣一個“頂層設計”和科學規(guī)劃，必將成為國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分。
發(fā)展煤化工需順勢而為，更需科學合理規(guī)劃。今后，煤化工企業(yè)一定要深刻汲取前期一些煤化工項目的經驗教訓，以低溫熱解煤油氣電一體化多聯產等路徑，走出我國煤化工產業(yè)的新路。
聯系客服
