現(xiàn)代煤化工改善大氣質(zhì)量的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)

　　□ 環(huán)保部環(huán)境工程評估中心教授級高級工程師 周學(xué)雙

　　在中國，煤炭資源賦存現(xiàn)狀和消費量的客觀事實，決定了我國無法回避煤炭問題，我國不使用煤炭是不可能的！但也正是煤炭的大量使用，我國出現(xiàn)了涉及生存環(huán)境的大問題，科學(xué)合理開發(fā)、高效加工轉(zhuǎn)化和最大限度地利用煤炭資源成為我們追求的永久目標(biāo)。

　　研究表明，現(xiàn)代煤化工在改善大氣環(huán)境質(zhì)量方面具有顯著的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。從治理大氣污染的角度考慮，我們應(yīng)該積極探索利用先進(jìn)的產(chǎn)業(yè)集群模式發(fā)展現(xiàn)代煤化工，做到大幅消減煤炭使用量的同時，還能保證經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展。

　　現(xiàn)狀：已具備規(guī)模化發(fā)展的基礎(chǔ)

　　傳統(tǒng)意義上的煤化工主要是制煤氣、焦炭、化肥、氫氣等，而現(xiàn)代煤化工不僅可以完全替代傳統(tǒng)煤化工，還可以將電、化、冶、熱、建材等多種產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，實現(xiàn)大型產(chǎn)業(yè)集群。核心是將煤氣化技術(shù)與化學(xué)品加工技術(shù)等多產(chǎn)業(yè)密切聯(lián)系，供應(yīng)跨行業(yè)的多種產(chǎn)品，除化學(xué)品之外，還可以供應(yīng)電、熱、蒸汽、燃?xì)?、建材等能源產(chǎn)品及其他行業(yè)產(chǎn)品。如此一來，不僅可替代能源和石油，而且通過多聯(lián)產(chǎn)可以大幅度消減電力、水泥、冶煉、熱力等重污染行業(yè)以及民用燃料、車用燃料生產(chǎn)等污染排放。

　　現(xiàn)代煤化工在我國的發(fā)展很迅速，煤制油（煤炭直接液化、間接液化）、煤制烯烴（MTO、MTP）、煤制芳烴、煤制天然氣、煤制乙二醇、煤制二甲醚等均已取得重要成果；除煤制芳烴外，其他工藝均已建成一定規(guī)模的工業(yè)化示范裝置。可以說，我國的現(xiàn)代煤化工技術(shù)已經(jīng)具備規(guī)模化發(fā)展的基礎(chǔ)。

　　除煤炭直接液化外，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)鏈幾乎都是以煤氣化為工藝源頭。因此，煤氣化技術(shù)是現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)核心。目前，我國已有十幾種自主開發(fā)和國外引進(jìn)的煤氣化技術(shù)，是唯一集合了世界上所有煤氣化工藝技術(shù)的國家。

　　按爐型劃分，煤氣化技術(shù)主要有固定床、流化床、氣流床3種。這3種爐型的氣化技術(shù)在國內(nèi)幾乎都有過應(yīng)用。目前，業(yè)內(nèi)基本認(rèn)同固定床和氣流床這兩種氣化技術(shù)，流化床已經(jīng)很少使用。從環(huán)保角度分析，我國使用的以固定床和氣流床為主的氣化技術(shù)環(huán)境友好，而常壓氣化、空氣氣化技術(shù)污染嚴(yán)重，應(yīng)該予以淘汰。

　　固定床氣化技術(shù)。該技術(shù)主要是應(yīng)用碎煤加壓氣化爐（魯奇爐）和碎煤加壓熔渣氣化爐（BGL爐），碎煤干燥、干餾、氣化過程均在爐內(nèi)，分別在不同的溫度段完成，其中氣化段溫度最高，可達(dá)950～1250℃，屬于中溫氣化。固定床氣化技術(shù)原料適應(yīng)性廣，除黏結(jié)性較強(qiáng)的煙煤外，從褐煤到無煙煤均可氣化；是國內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用的各種氣化技術(shù)中獲得甲烷含量最高的技術(shù)；除合成氣外，還可以得到各種有價值的焦油、輕質(zhì)油及粗酚等多種副產(chǎn)品；投資較小。

　　該技術(shù)的缺點是：單爐氣化規(guī)模較小；直徑＜5毫米的煤不能進(jìn)入氣化爐；魯奇爐蒸汽分解率低，一般約為40%，蒸汽消耗較大，渣中殘?zhí)亢窟_(dá)5%；氣化廢水量大，成分復(fù)雜，含有焦油、萘和酚等污染物，廢水處理困難。

　　魯奇爐是固態(tài)排渣，工程實例多，較為成熟，已完全國產(chǎn)化，正在開發(fā)內(nèi)徑5米的大型氣化爐；BGL爐是液態(tài)排渣，渣中殘?zhí)可伲瑲饣螠囟雀?，轉(zhuǎn)化率高，耗蒸汽少，95%以上國產(chǎn)化，但國內(nèi)工程實例少。

　　干粉煤氣流床氣化技術(shù)。該技術(shù)可氣化褐煤、煙煤、無煙煤、石油焦及高灰熔點的煤，屬于高溫高壓氣化；可用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，且一般不設(shè)備用爐；有效氣體含量高，投資最大，碳轉(zhuǎn)化率高，液態(tài)排渣；有效氣體含量最高，不產(chǎn)生焦油、萘和酚等廢水，廢水處理相對容易；單爐生產(chǎn)能力大，因煤氣中甲烷含量低，該氣化技術(shù)對煤制天然氣沒有優(yōu)勢。

　　該技術(shù)的缺點是：投資大，連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)存在問題；飛灰量較大；備煤階段污染較重，使用褐煤需要干燥，污染更重。

　干粉煤氣化技術(shù)典型代表有殼牌公司的SCGP粉煤氣化技術(shù)、西門子公司的GSP粉煤氣化技術(shù)、西安熱工研究院的兩段式干粉煤加壓氣化技術(shù)和北京航天動力研究所的HT-L氣化技術(shù)等。目前國內(nèi)應(yīng)用殼牌公司SCGP粉煤氣化技術(shù)較多，西門子公司的GSP粉煤氣化技術(shù)工程實例較少。

　　水煤漿氣流床氣化技術(shù)。該技術(shù)運行穩(wěn)定可靠、投資??；但要求原料煤含灰量較低、成漿性好、還原性氣氛下的灰熔點低于1300℃，灰渣黏溫特性好，除褐煤外，氣煤、煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤及低灰熔點的劣質(zhì)煤、石油焦等均能用作氣化原料；氣化溫度在1300～1400℃；原料煤適應(yīng)性較廣，單爐生產(chǎn)能力大，有效氣體含量高，比固定床投資大，碳轉(zhuǎn)化率高，液態(tài)排渣；裝備國產(chǎn)化率已達(dá)90%以上；不產(chǎn)生焦油、萘和酚等廢水，廢水處理相對容易。該技術(shù)與固定床技術(shù)合理配置用于褐煤、煙煤等多煤種聯(lián)合制天然氣，不僅可以合理配煤，還可以資源化廢水、活性污泥等，具有較大優(yōu)勢。

　　該技術(shù)的缺點是：受氣化爐耐火磚襯里的限制，適宜于氣化低灰熔點的煤，成漿性要求高，氧耗高，需配套的空分裝置投資大，不適用褐煤，用于煤制天然氣投資大于固定床氣化技術(shù)。

　　水煤漿氣化技術(shù)的典型代表有：GE水煤漿加壓氣化技術(shù)、康菲石油公司的E-Gas水煤漿氣化技術(shù)、華東理工大學(xué)的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)、清華大學(xué)非熔渣—熔渣氧氣分級氣化技術(shù)以及西北化工研究院的多元料漿氣化技術(shù)。

　　困境：不合理規(guī)劃帶來環(huán)境威脅

　　然而，技術(shù)先進(jìn)的現(xiàn)代煤化工也遭遇了環(huán)境問題。

　　首先，不合理的布局嚴(yán)重威脅環(huán)境安全。

　　由于缺乏國家層面的煤化工發(fā)展規(guī)劃，唯GDP的政績觀促使各地紛紛上馬煤化工，規(guī)模之龐大超乎想象。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國煤（甲醇）制烯烴擬建規(guī)模超過3000萬噸/年、煤制天然氣超過2000億立方米/年、煤制油超過3000萬噸/年。除西藏外，西部各地幾乎都已經(jīng)染指煤化工。據(jù)了解，內(nèi)蒙古全區(qū)12個盟市有各級工業(yè)園區(qū)105家，其中國家級、自治區(qū)級的工業(yè)園區(qū)有45家，僅鄂爾多斯就有14個煤化工基地；陜西榆林市有31個煤化工基地，近5年批復(fù)蘭炭7260萬噸、電石360萬噸、煤焦油及其燃料油1140萬噸等。西部各地產(chǎn)品嚴(yán)重同質(zhì)化，缺乏市場競爭力。

　　國家發(fā)改委規(guī)劃了14個煤炭基地，2012年煤炭產(chǎn)量超過35億噸，已批在建的煤炭產(chǎn)能近12億噸，煤炭總產(chǎn)能將超過46億噸。如此巨量的煤炭產(chǎn)能將進(jìn)一步刺激煤化工盲目無序的發(fā)展。與此同時，黃河流域水資源量與上世紀(jì)50年代相比已經(jīng)減少20%，用水量大幅增加，許多地方竭澤而漁，黃河中上游有河皆枯、有水皆污的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，新疆、內(nèi)蒙古、陜西等地珍貴的地下水已經(jīng)受到嚴(yán)重污染。如此下去，西部脆弱的生態(tài)環(huán)境必然惡化，生態(tài)災(zāi)難將不是危言聳聽！

　　其次，水資源和納污水體缺乏，進(jìn)一步加劇環(huán)境污染。

　　我國煤炭資源和水資源呈逆向分布，極不均衡。水資源分布以昆侖山—秦嶺—大別山一線為界，以南水資源豐富，占78.6%；以北水資源短缺，僅占21.4%，而煤炭資源占全國的90.1%。特別是黃河中上游的晉陜蒙寧4省區(qū)煤炭資源占有量為全國的67%，但水資源僅僅占全國水資源的3.85%，且該區(qū)域約40%屬于半干旱地區(qū)，人均水資源量還不足黃河流域人均水資源量的一半。同時，黃河流域水資源量不斷減少，取水量大幅增加，煤炭開采破壞地下水資源，粗放式的發(fā)展與監(jiān)管不嚴(yán)等造成地下水污染，多種因素疊加將資源性缺水和水質(zhì)性缺水的態(tài)勢進(jìn)一步演繹，后果難以想象！

　　由于西部煤炭資源區(qū)幾乎都位于黃河流域，不僅缺少水資源，還缺乏納污水體。煤化工生產(chǎn)的特點是高溫高壓，必然產(chǎn)生大量的含鹽廢水，無論何種廢水處理技術(shù)，鹽是無法降解的。黃河擔(dān)負(fù)著流域內(nèi)生活、生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)與生態(tài)等多種供水需求，目前鹽含量累積已經(jīng)接近生態(tài)紅線，如果再不加以嚴(yán)格控制，任由無序布局造成無序排污，導(dǎo)致含鹽量跨越生態(tài)紅線，黃河流域的生態(tài)環(huán)境變化將難以想象！

　　建議：科學(xué)發(fā)展實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)治污

　　現(xiàn)代煤化工在技術(shù)層面已經(jīng)可以復(fù)制石油化工的產(chǎn)業(yè)鏈。如煤制烯烴、芳烴、汽柴油、乙二醇等，尤其是煤制烯烴技術(shù)成熟后，具有明顯的成本優(yōu)勢，加上乙烷丙烷制乙烯丙烯等新工藝，我國固有的煉化一體化已經(jīng)不具有優(yōu)勢，有必要重新校正煤炭與石油在一次能源和二次能源中的定位與產(chǎn)業(yè)分工。而且煉化一體化的傳統(tǒng)思維，石化行業(yè)將優(yōu)質(zhì)汽油組分用于生產(chǎn)乙烯等化工產(chǎn)品，使得我國的油品清潔化道路更加困難。

　　因此，基于多方面理由，現(xiàn)代煤化工的重要性與發(fā)展意義，有必要從環(huán)境保護(hù)角度重新評判和定義?？茖W(xué)發(fā)展現(xiàn)代煤化工，調(diào)整煤炭的利用方式和比例，可以明顯改善環(huán)境質(zhì)量，也可以說現(xiàn)代煤化工是治理大氣環(huán)境污染的產(chǎn)業(yè)手段。

　　一要從戰(zhàn)略層面論證煤炭的利用方式。煤炭用途為燃料和原料，作為燃料的用量大于80%，而作為原料的用量僅20%。2012年，中國煤炭實物消費量35.51億噸，是美國的4倍左右。有兩個結(jié)論可以肯定，一是創(chuàng)造同樣的社會財富可以不用消耗35億噸煤；二是同樣消耗35億噸煤，可以不造成如今這樣的環(huán)境污染后果。問題的關(guān)鍵就是我們的利用方式和產(chǎn)業(yè)布局不合理、不科學(xué)！因此，現(xiàn)在無論是產(chǎn)業(yè)界還是環(huán)保界，很有必要反思我們該如何利用煤炭。煤炭的兩種用途比例顯然不合理，雖然火電技術(shù)發(fā)展很快，但煤炭在火電（燃料）和煤化工（原料）使用過程中排放的大氣污染物相比較，差距仍然十分明顯，其他燃料用途就更不用說。由此可見，問題很突出，增加煤炭作為原料的比重將顯著改善大氣環(huán)境質(zhì)量。從國家利益出發(fā)，在戰(zhàn)略層面充分論證煤炭的利用方式，在弄清楚煤炭作為原料和燃料的配比后，根據(jù)環(huán)境承載力，才能得到煤炭消費總量的上限。

　　二是資源開發(fā)與管理模式有待改進(jìn)。煤炭開采與利用涉及煤炭資源的管理與配置，西部近十年的資源開發(fā)已經(jīng)暴露諸多問題，尤其是生態(tài)環(huán)境破壞。大量資金投入的目的是為了占有煤炭資源，地方政府在資源配置上均要求必須就地轉(zhuǎn)化，由此催生了許多不具備條件的區(qū)域盲目上馬發(fā)展煤化工，加劇了不合理布局和環(huán)境污染。目前，“諸侯經(jīng)濟(jì)”與“全國一盤棋、有序、可持續(xù)發(fā)展”極其沖突，資源管理模式不適應(yīng)科學(xué)發(fā)展要求，各自為政不可能解決環(huán)境問題。煤炭資源不應(yīng)屬于地方所有，必須從國家利益出發(fā)，從能源替代、資源、市場、技術(shù)、交通、環(huán)保等諸多方面，對煤炭資源進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)配，實現(xiàn)自然資源用途管制。應(yīng)摒棄部門和地方的狹隘利益觀，籌劃超越行政區(qū)劃界限的大區(qū)域經(jīng)濟(jì)，改進(jìn)財稅分配機(jī)制，嚴(yán)禁“逢煤必采、逢煤必化”的現(xiàn)象繼續(xù)蔓延。盡快出臺煤炭與煤化工的相關(guān)政策，有效遏制西部盲目無序局面。

　　三是要由環(huán)境決定規(guī)劃布局。近10年的實踐表明，煤化工發(fā)展布局缺乏科學(xué)性，缺乏對環(huán)境基本的重視，這種模式已行不通。從已獲得“路條”的16個煤化工項目來看，幾乎都是以廢水“零排放”為前提，然而廢水“零排放”是一個存在諸多未解問題的“偽命題”。迄今為止，國內(nèi)尚無工程實例?，F(xiàn)代煤化工技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，具備大規(guī)模發(fā)展的基礎(chǔ)，但科學(xué)合理布局十分關(guān)鍵。因此，環(huán)保界應(yīng)該對現(xiàn)代煤化工有客觀準(zhǔn)確的認(rèn)識，提早介入，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)布局，積極參與現(xiàn)代煤化工的宏觀決策，不能墨守成規(guī)。同時，產(chǎn)業(yè)界有必要改變習(xí)慣思維，應(yīng)該由環(huán)境來決定布局，以改善環(huán)境質(zhì)量作為發(fā)展的正確方向。

　　西部地區(qū)的環(huán)境特點是生態(tài)脆弱，風(fēng)能和太陽能豐富，土地資源豐富，水資源有限，普遍缺乏納污水體。因此，應(yīng)該綜合多種資源包括風(fēng)能和太陽能，在水資源相對豐富、具有納污空間的煤炭資源區(qū)，構(gòu)劃現(xiàn)代煤化工多聯(lián)產(chǎn)體系，耦合多行業(yè)多產(chǎn)品的超級產(chǎn)業(yè)集群，充分利用可再生資源（如獲取氫源等），實現(xiàn)資源最大限度地循環(huán)利用。

　　四要改進(jìn)環(huán)境管理模式。煤炭的問題涉及煤礦、火電、煤化工、水資源、交通等多個行業(yè)，但目前的環(huán)評管理對煤炭涉及的多個行業(yè)缺乏統(tǒng)籌考慮，要解決煤炭污染問題，必須抓住源頭，只要不把煤炭挖出來，問題就好解決?，F(xiàn)在46億噸的煤炭產(chǎn)能已經(jīng)嚴(yán)重過剩，不能再做加法了，應(yīng)該停止審批煤礦增產(chǎn)項目！

　　改進(jìn)現(xiàn)有的管理模式，將煤炭開采與后續(xù)的利用結(jié)合管理。比如，外運煤炭必須結(jié)合交通運能，就地加工必須結(jié)合水資源、排污去向等。只要煤炭利用不可行，煤炭就不能開采！除此之外，從環(huán)境角度考慮，可以進(jìn)行煤炭開采與利用的專項戰(zhàn)略環(huán)評，劃定煤炭開采禁區(qū)、限制區(qū)和煤種使用的限制。如褐煤不得遠(yuǎn)距離運輸，不宜用于火電，鼓勵高硫煤用于煤化工，特殊煤種保護(hù)性開采，地下水資源區(qū)的煤炭暫不開采等，煤炭資源的分質(zhì)高效科學(xué)利用是真正最大的環(huán)保問題！

　　五是研究制定完善的煤炭開采與利用政策。碳稅政策實施將有可能改變煤炭利用的整體格局。從環(huán)境角度考慮，有必要研究制定前瞻性、系統(tǒng)性、長期性的政策，便于產(chǎn)業(yè)界盡早考慮產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。比如，煤化工將硫作為資源回收利用，沒有任何政策支持，而沒有進(jìn)行資源回收的火電卻有脫硫和脫硝補貼；褐煤與劣質(zhì)煤的利用、焦?fàn)t煤氣放空、高鹽廢水排放、煤灰渣堆存、煤炭中其他元素資源丟棄浪費等，亟須環(huán)保方面的政策引導(dǎo)。

　　六要努力實現(xiàn)效益1+1＞3和污染1+1＜0.5。從環(huán)保角度分析，單一的現(xiàn)代煤化工雖然屬于煤炭資源利用的先進(jìn)技術(shù)，但真正的優(yōu)勢是以煤氣化為龍頭的煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)煤、電、化、熱、冶、建材等多產(chǎn)業(yè)的耦合，循環(huán)互補延伸產(chǎn)業(yè)鏈，尋求資源能源最大化利用、污染物最小化排放。生產(chǎn)化學(xué)品、油品、電、熱、蒸汽、燃?xì)?、建材等能源產(chǎn)品與多行業(yè)產(chǎn)品的同時，不僅可以利用不同產(chǎn)品市場需求的差異進(jìn)行削峰補谷，如電和天然氣，還可以大幅度消減電力、水泥、冶煉、熱力等以煤炭為燃料的重污染行業(yè)、民用燃料、車用燃料等污染排放。

　　以煤氣化為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是龐大的系統(tǒng)性工程，規(guī)模大、產(chǎn)業(yè)多、投資巨大，單一企業(yè)是無法完成的，必須由多個企業(yè)拼接方能實現(xiàn)。實際上，循環(huán)經(jīng)濟(jì)得以實現(xiàn)的前提必須是規(guī)模化經(jīng)濟(jì)，之所以許多實用的綜合利用技術(shù)不能被企業(yè)所用，主要原因是構(gòu)不成經(jīng)濟(jì)規(guī)模循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。比如100萬噸焦化產(chǎn)能可以副產(chǎn)4萬～5萬噸煤焦油和近2億立方米焦?fàn)t煤氣，這兩種副產(chǎn)品利用均不夠合理的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，難以利用。如果建設(shè)成產(chǎn)業(yè)集群，多種副產(chǎn)品就能夠規(guī)模化地配套利用。因此，必須發(fā)展現(xiàn)代煤化工多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，只有這樣的組合才能實現(xiàn)效益1+1＞3、污染1+1＜0.5，實現(xiàn)高碳資源的低碳化利用。

來源：中國化工報

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