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煤化工:破除误区保障国家能源安全
——兼评杜克大学学者文章《中国合成天然气革命》
来源:  |  作者:  |  发布时间:2013年11月08日  |  点击次数:5881  |  【字号:
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图为神宁集团年产50万吨煤制烯烃项目动力站远景


    编者按 最近,美国杜克大学学者杨启仁等在《自然——气候变化》杂志发表文章《中国合成天然气革命》,在国内外引起了较大反响。文中指出,煤制天然气较传统天然气可能多产生7倍的碳排放,较开发页岩气多耗用100倍的水资源;除了温室气体排放,煤基合成天然气还将排放硫化氢和汞,若这些污染物得不到合适的分离和处理将产生潜在危害。其结论认为,中国的政策制定者应推迟执行合成天然气项目,以防止出现潜在的成本高昂和环境破坏的局面,更好的决定可能是完全取消这些项目计划。国内一些非政府组织和公众媒体也推波助澜,给煤化工产业贴上负面标签。

  那么,包括煤制天然气、煤制烯烃在内的煤化工项目是否如文中所指为高污染、高耗能?目前人们对煤化工行业发展存在哪些误区?发展煤化工又有何重要意义?对此,笔者对文中一些常识性错误和不符合事实的论调进行澄清。必须指出的是,煤制天然气等煤炭深加工产业的发展对我国的环境和经济影响是正面的,是实现我国煤炭清洁高效利用、保障国家能源安全的重要途径。

  趋 势 煤炭清洁利用势在必行

  目前,我国正在推进的煤化工升级示范工程主要包括煤制天然气、煤制油、煤制烯烃等现代大型煤炭清洁转化项目。与此同时,国家有关部门也正在编制实施十二五煤炭深加工产业升级示范方案,该方案历时数载,经化工、煤炭、电力、天然气、环保、经济等多方面专家充分论证,实施方案制定了最为严格的产业准入标准,充分考虑了碳排放和经济性等多方面问题。

  据了解,现代煤化工过程采用的技术是在密闭的系统中,将煤炭气化,生成粗合成气后再经过脱硫、脱碳等净化措施,得到纯净的合成气用于合成天然气、油品、甲醇(深加工为烯烃)等。煤化工过程中输入的是煤、氧气、水,输出的是产品和纯净的二氧化碳,原料煤中的硫、汞等污染物都可以在工艺过程中得到转化回收,硫回收率达到99.8%以上,汞固定在催化剂中(催化剂集中处置回收,也可采用专门的催化剂脱汞),没有NOX排放,循环水排污水、工艺废水等也可深度处理后回用,最终实现污水近零排放(不外排环境)。

  而煤化工生产的合成气,除了用于化工合成,也可用于整体煤气化联合循环(IGCC)发电。目前社会上对IGCC发电已有共识:IGCC发电属燃烧前脱除污染物,可大幅度降低发电过程排放,并实现CO2的捕集,是发电方式的绿色革命。

  因此,煤化工实现了煤炭中的污染物处理和集中利用,具有明显的环保优势。据相关数据统计,与直接燃煤相比,SO2排放可降低99.8%,粉尘排放可下降99.9%;与燃煤发电(带脱硫脱硝,脱硫效率约90%)相比,SO2排放可进一步降低80%,NOx可降低75%。

  值得注意的是,目前煤化工装置的主要污染物排放源为配套的热电站锅炉排放,按照严格的电厂标准进行脱硫、脱硝处理,还有部分项目采用IGCC装置配套热电,把整个装置排放都降到了先进绿色发电的水平。

  而正是因为煤炭深加工产业绿色、环保,很多国家的大型煤化工示范项目被列为政府支持项目。如位于美国北达科他州世界首套煤制天然气项目,于1984年建成投产,是美国大型洁净煤利用示范项目。项目投产20多年来,进行了副产品综合利用、CO2回注油田采油等多项改进,该项目被北达科他州政府评为该州最清洁的能源项目。

  而从国内情况看,煤炭是我国的主体能源,实现其清洁高效利用势在必行。根据国家统计局统计,2011年,我国能源消费总量为34.8亿吨标准煤,其中煤炭占68.4%。2012年,全国煤炭消费量34.15亿吨(原煤)。其中,直接燃煤占我国煤炭利用的77%,除发电外,尾气治理困难的分散燃煤占20%以上。此外,国家《能源发展十二五规划》预测到2015年,我国能源消费总量为40亿吨标准煤。届时煤炭消费量估计将达到40亿吨(原煤)。

  众所周知,燃煤排放的SO2、NOX、粉尘是我国雾霾天气频发的最重要原因,如果煤炭利用方式不改变,燃煤总量继续增加,雾霾治理难度更大。而我国煤化工等煤炭清洁利用比重的增加将会减少污染物排放。因此,发展现代煤化工,替代直接燃煤不仅不会造成大气污染物增加,恰恰相反,会显著降低污染物排放,改善环境。


图为河南龙宇煤化工有限公司煤制甲醇项目中的壳牌煤气化装置。


  意 义 具有经济环保双重效益

  据笔者了解,美国大平原煤制天然气示范项目较早,其投资回报等经济效益指标已不可考。20多年来,由于天然气价格波动造成该项目经济效益变化很大,但是该项目开车至今一直在连续运转,2012年该项目实现销售收入5.51亿美元,消耗煤炭610万吨,成本约1.83亿美元,项目实现增加值约为3.68亿美元。南非沙索公司煤制油经济效益则更为显著,目前该公司已成为年销售收入218亿美元、利润31亿美元、市值达到332亿美元的国际公司。未来我国煤化工产业培育出10~20个这样的公司也是可能的。

  基于我国较低的设计、施工、装备制造成本,我国煤化工产业发展投资较节约,煤价合理,具有较好的经济效益;煤化工单个项目投资在百亿元以上,可拉动国内投资,将建设、生产期间创造的财富留在国内,有利于增强我国综合国力。并且,我国现在也有财力投资一些大型煤化工项目。从十一五投产示范项目看,除技术因素外,正常生产的项目,如神华108万吨/年煤制油、伊泰16万吨/年煤制油、神华包头60万吨/年煤制烯烃等都已实现盈利。同时,煤化工产业发展可带动我国研发、设计、施工、装备制造(特别是大型高端装备制造)产业发展,社会效益显著。

  而从长远看,煤化工产业发展还将成为我国煤炭清洁高效利用的基础产业。一些人担心如果未来页岩气、煤层气等非常规气大规模发展起来后,煤制天然气的产品市场会有问题。实际上,由于煤化工流程的通用性,其产品调节的灵活性是很大的。煤化工流程的总投资中,除合成单元外,投资的90%是空分、气化、净化、公用工程等通用工序。因此,即使煤制天然气没有市场了,也可以调整反应器和催化剂,生产合成油。我国油品缺口3亿~4亿吨/年,生产1亿吨合成油可弥补不足;还可直接用合成气发电,建设IGCC装置,发展清洁电力,替代常规发电。因此,煤化工投资不会发生浪费。

  此外,发展煤化工对改善大气环境和雾霾天气,拉动国民经济发展,保障我国能源安全意义重大,对煤化工发展从能源转化效率、煤炭水资源消耗、环境排放等方面制定了严格的准入标准,产业发展不会对环境造成破坏。

  据了解,2004年以来,国家有关部门就开始研究现代煤化工产业发展问题,但一直未出台正式规划和产业政策。在笔者看来,以现代煤化工、IGCC为代表的煤炭清洁高效利用在我国的发展进程不是快了,而是太慢了,今天燃煤污染引起的大面积雾霾天气等局面,与煤炭大量低水平利用直接相关。杨启仁文中所提出的延后实施合成气计划更好的决定就是完全取消该计划的提法是对我国煤炭清洁高效利用产业发展的严重误导。


邯郸裕泰燃气有限责任公司年产一亿立方米天然气项目采用国内先进工艺,通过对焦炉煤气预处理、净化、甲烷化、膜分离而制成天然气。
该生产技术可充分合理利用焦炉废气资源,减少环境污染,实现低碳经济。图为项目装置。


  误 区 发展仍存在三大矛盾

  尽管发展煤化工对煤炭清洁高效利用、保障国家能源安全具有重要意义,但仍存很大误区,主要体现在几个方面:

  误区一 与温室气体减排矛

  CO2排放源于化石能源的使用,只要煤炭消费量在增长,CO2排放不可避免。我国CO2减排的根本措施主要两个方面:一是发展水电、风能、太阳能等可再生能源;二是提高化石能源转化和使用过程中的效率。对于煤化工来说,提高能源转化效率是减排温室气体的关键。

  据了解,近年来我国现代煤化工产业发展在借鉴国外先进经验和国内合成氨、甲醇等传统煤化工的基础上,进行了技术升级。煤制天然气升级示范项目能源转化效率可达到56%~60%,高于燃煤发电40%~46%,煤制油、煤制烯烃能源转化效率都达到40%以上。而从生产到使用的全生命周期考察,根据清华大学煤制天然气和煤电全生命周期能源利用效率研究表明,在不同应用领域,煤制天然气和煤电各有优势。由于煤制天然气主要用于民用和工业燃气(包括锅炉)、车用燃料等市场,煤制天然气和煤电不存在完全替代关系,不应简单以能源效率为指标而否定某种发展路线。而从总体看,发展煤制天然气与发展煤电的能源转化效率相当,在一些应用领域优于煤电,不会造成全社会能源转化效率降低和二氧化碳排放量增加。

  因此,笔者认为,杨启仁文中提及的产生更多二氧化碳排放,进一步加剧全球气候变暖的说法是对我国节能减排承诺的误读和对公众舆论的误导。2009年,我国政府承诺到2020年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%,作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。我国是发展中国家,我们承诺的是单位GDP的二氧化碳减排,而不是二氧化碳总量减排,否则会束缚我国经济发展和人民生活水平提高。而煤制天然气作为煤炭的清洁转化和利用方式,提高了煤炭的利用效率,以更少的资源和排放支撑国民经济更大发展,与我国的温室气体减排承诺并不矛盾。特别是随着我国产业结构调整,低能源、资源消耗的制造业和服务业的比重加大,单位GDP能耗不断降低,我国承诺的减排指标是可以实现的。

  误区二 造成西部生态环境恶化

  一部分人认为,我国大部分富煤地区水资源缺乏,煤炭深加工属于高耗水项目,如大规模发展将对西部地区生态环境造成严重后果。笔者认为,这种观点是占不住脚的,有必要澄清煤化工耗水量大的认识误区。

  首先,煤化工与全国工业平均耗水量比并不高,煤化工目前万元工业增加值水耗在30~60吨,低于水利部统计的2012年全国工业平均水平(76吨)和《全国水资源综合规划》2020年的目标(65吨)。其次,煤化工用水主要用于冷却,大部分蒸发到空中参与大气水循环。以一套年产40亿立方米的煤制天然气项目为例,年需新鲜水约2000万吨,产品CH4中的H2主要来自于水,以此计算,产品天然气每年带走的水量约600万吨,其余的1400万吨都蒸发上天了。

  最近中央电视台的一篇关于青海湖水位的报道也证实了这一点。据央视网2013年10月20日消息报道,作为中国西北内陆最大的水体,青海湖的水位数十年来下降的趋势发生逆转,水位正在迅速上升。水文数据显示,2004年青海湖水位到达最低位,海拔3192.86米,此后水位一直保持回升趋势,最高到达3194.28米,增加了1.42米。科学家对青海湖流域连续的跟踪研究已经超过了10年,对水中化学元素的研究证明,青海湖水增加主要来源于降水。在青藏高原上,像青海湖这样的情况并不是个案。统计显示,近30年我国自然新增1平方公里以上湖泊60个,其中58个位于青藏高原以及甘肃、内蒙古、新疆一带。

  因此,这给我们一些启示,至少西方某些学者鼓吹的全球气候变暖破坏地球环境的说法是不可靠的,西部煤化工破坏水资源和生态环境的说法也是一种主观臆断。希望气象和环境学者对西部煤化工的蒸发水对区域环境的影响能做进一步研究,得出科学的结论。

  此外,我们还要把先进的现代煤化工和曾经给西部地区带来严重污染的小焦化、小电石等落后煤化工区别开来。目前西部地区工业用水比重较小,主要问题在于用水结构失衡,农业用水比重过高且效率低下。而煤炭深加工产业发展,通过提高规模效益和技术升级,水耗可大幅降低,不会对西部生态造成破坏。 
  
  误区三 与可再生能源发展矛盾 

  近年来,我国天然气市场高速发展。据相关数据统计,2012年,天然气消费量达到1524亿立方米,其中进口管道气和液化天然气425亿立方米,占28%。因此,煤制天然气可补充天然气资源不足,其发展与页岩气、煤层气等其他可再生能源的发展并不矛盾。

  据了解,目前我国也制定了相关政策鼓励页岩气、煤层气等非常规气源的发展。能源发展“十二五”规划预计到2015年,煤层气、页岩气商品量分别达到200亿立方米和65亿立方米,总量仍然不多。按照世界平均消费水平测算,我国天然气消费需求应达到6000亿立方米以上,即使未来我国天然气供应能达到此目标,也仅占我国能源消费总量的15%。而2012年美国、欧盟天然气在能源消费中的比重分别达到30%、33%,日本、韩国等全部依赖进口的国家也达到22%和17%。

  因此,对于煤制天然气、页岩气、煤层气、进口气、可再生能源等清洁能源,在我国这样一个能源消费大国不是互相竞争的关系,而是互为补充、并行不悖,产业之间的发展并不互相排斥。


大唐内蒙古多伦褐煤制聚丙烯项目是我国首个开工建设的煤制烯烃示范项目。自二○一二年正式生产营运以来,经过一系列技术攻关,目前装置运行稳定性不断提高,产量大幅提升。图为该公司员工正在精心维护设备。
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