煤炭資源高效清潔利用模式分析范文

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摘要：煤炭資源是一種重要的一次能源，消耗高、污染大。隨著我國對(duì)能源和生態(tài)的要求越來越高，研究煤炭資源的高效清潔利用模式就成為一個(gè)重點(diǎn)。本文介紹了我國煤炭資源利用中存在的問題，并詳細(xì)探討了煤炭資源高效清潔利用模式，根據(jù)存在的問題給出了相對(duì)應(yīng)的解決意見。

關(guān)鍵詞：煤炭資源；高效清潔利用；模式

煤炭利用期間會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體，這是造成大氣污染的重要原因。數(shù)據(jù)顯示，2013年，我國所有能源消耗產(chǎn)生的二氧化碳總量為9.0231×109t，而其中有83%的二氧化碳來源于煤炭的使用[1]。除二氧化碳的排放外，煤炭使用期間還有其他空氣污染物的排放。2012年，煤炭排放的二氧化硫占總排放量的83%，其氮氧化物排放量占總排放量的70%，而顆粒物的排放量占67%[2]。我國預(yù)計(jì)在2030年達(dá)到單位GDP排放二氧化碳的量（碳排放強(qiáng)度）比2005年下降60%～65%的目標(biāo)，我國政府將采取更為嚴(yán)格的控制措施，完成總量削減的目標(biāo)。在一次能源消費(fèi)中，我國的煤炭消耗近些年來一直呈下降趨勢(shì)，但是在未來比較長的時(shí)間內(nèi)，為了維持經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，煤炭一次消費(fèi)的占比仍然比較高[3]。根據(jù)國內(nèi)外一些機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，到2020年，我國的所有能源消費(fèi)中，煤炭的一次能源消費(fèi)占比較大，而到了2040年，這一數(shù)據(jù)將繼續(xù)下降。所以，為了嚴(yán)格控制我國的溫室氣體排放以及解決越來越嚴(yán)峻的大氣污染問題，煤炭資源的高效清潔利用逐漸受到研究人員的廣泛關(guān)注。我國的煤炭消費(fèi)主要集中在四大行業(yè)：電力、鋼鐵、煤化工和建材。近年來，以煤炭作為原料的產(chǎn)品除甲醇、煤氣等，又逐漸發(fā)展出許多新型產(chǎn)品，主要集中在電力和煤化工行業(yè)，尤其是煤化工行業(yè)，成為煤炭利用新的增長點(diǎn)，占有重要地位。

1我國煤炭清潔利用的問題分析

煤炭清潔利用在我國起步比較晚，盡管我國現(xiàn)在的煤炭清潔利用技術(shù)發(fā)展成果喜人，尤其是新型煤電技術(shù)在世界范圍內(nèi)已屬于領(lǐng)先水平，但是在煤炭總體的清潔利用方面仍然存在較多的問題。我國的傳統(tǒng)煤化工資源占比較大，用于煉焦的煤量已經(jīng)超過煤化工耗煤總量的80%[4]。而現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展還并不完善，大多還處在工程示范的階段，未開始大規(guī)模應(yīng)用，還有部分煤化工行業(yè)，如煤制氣、煤制油等發(fā)展并不完善，我國也并未完全掌握這些技術(shù)，尤其是一些關(guān)鍵的設(shè)備，目前仍以進(jìn)口為主[5]。因此，傳統(tǒng)煤化工改造面臨成本較高、難以推進(jìn)的問題。目前，我國的煤制油技術(shù)發(fā)展水平較高，尤其是在單位煤耗方面，可以與世界先進(jìn)水平比肩，但是煤制乙二醇的工藝技術(shù)發(fā)展尚不完善，達(dá)不到國際先進(jìn)水平[6]。另外，我國的煤化工項(xiàng)目集中的地區(qū)主要在中西部，屬于水資源比較匱乏的地區(qū)，但是煤化工的產(chǎn)品消耗又主要集中在東部地區(qū)。因此，從資源利用和經(jīng)濟(jì)成本方面來看，二者都會(huì)對(duì)煤化工企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展產(chǎn)生不利影響。目前，煤制油的成本相對(duì)于石油煉油成本較低，但是生產(chǎn)稅相對(duì)于石油煉油每噸要高出300～400元，因此不論是間接還是直接液化制油都無法與當(dāng)前油價(jià)進(jìn)行有力競爭。煤制烯烴方面也存在同樣的稅收問題，煤化工行業(yè)很難在當(dāng)前的碳稅情況下得到快速發(fā)展。火力發(fā)電是我國當(dāng)前主要的發(fā)電形式，年發(fā)電量超過總發(fā)電量的70%，但是火電中，煤電的裝機(jī)容量在90%以上，超臨界燃煤的占有率只有約50%。由于超臨界燃煤的建設(shè)成本比較高，不同地區(qū)的發(fā)展水平也有很大差異，一些中小電廠的改造步履維艱。因?yàn)槌R界燃燒工藝的造價(jià)非常高，而且技術(shù)也不完善，所以其發(fā)電成本甚至高于燃煤發(fā)電。實(shí)踐表明，將碳捕獲封存技術(shù)與超臨界燃燒技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合使用，能達(dá)到清潔利用的目的。總體來說，普通燃煤電廠運(yùn)用碳捕獲封存技術(shù)，雖然初期造價(jià)不高，但是后期運(yùn)營成本較高，導(dǎo)致其與燃煤機(jī)組競爭并無優(yōu)勢(shì)。

2煤炭資源高效清潔利用模式探討

2.1新型煤炭發(fā)電技術(shù)

在我國，煤炭發(fā)電技術(shù)目前主要有超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)、IGCC、循環(huán)流化床燃煤發(fā)電技術(shù)和分級(jí)轉(zhuǎn)化發(fā)電技術(shù)等。其中，IGCC是目前世界上被廣泛認(rèn)可的最為先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)，該技術(shù)通過氣化煤炭進(jìn)而得到合成氣，將合成氣凈化后用于聯(lián)合燃?xì)?蒸汽循環(huán)的發(fā)電技術(shù)。這種技術(shù)聯(lián)合了煤氣化技術(shù)和聯(lián)合循環(huán)兩種技術(shù)，大幅度提高了發(fā)電效率的同時(shí)還降低了大氣污染物的排放。目前，這種技術(shù)在我國的華能集團(tuán)公司得到了應(yīng)用，2013年，公司在天津首次完成了IGCC電廠試運(yùn)行。投產(chǎn)之后，機(jī)組運(yùn)行比較穩(wěn)定，同時(shí)發(fā)電能力也不斷提升，目前已經(jīng)將39億kW•h的電能提供給了社會(huì)。超超臨界燃煤技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)是超臨界燃燒技術(shù)，其參數(shù)比超臨界燃燒更高，在二氧化硫和二氧化碳排放方面，其優(yōu)勢(shì)是降低了這兩種氣體的排放，在資源利用率方面，超超臨界燃煤機(jī)組的能源利用率也有明顯的提升。截至2015年9月，我國投產(chǎn)的超超臨界燃煤機(jī)組，已經(jīng)達(dá)到82臺(tái)，燃燒產(chǎn)生的水蒸氣溫度能達(dá)到600℃。另外，效率更高、能耗更低的超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)正處在研發(fā)階段，有望在近幾年投入運(yùn)行。我國當(dāng)前的循環(huán)流化床模式的鍋爐發(fā)電機(jī)組中，已經(jīng)投入運(yùn)行的在3000個(gè)以上，總的裝機(jī)容量可以達(dá)到1×108kW。其中，四川白馬示范電站的超臨界循環(huán)流化床技術(shù)，其裝機(jī)容量達(dá)到了60萬kW，是世界首例大容量電站。目前，我國已經(jīng)成功掌握了循環(huán)流化床鍋爐所應(yīng)用的核心技術(shù)，全國范圍內(nèi)裝置容量達(dá)到35萬kW的超臨界循環(huán)流化床機(jī)組中，已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營階段的有5臺(tái)。分級(jí)轉(zhuǎn)化發(fā)電技術(shù)是一種不同于原有燃煤技術(shù)的新技術(shù)形式，在這種技術(shù)中，煤炭不僅是原料，同時(shí)也是燃料，有機(jī)結(jié)合起熱解、氣化、燃燒等多個(gè)過程。將流化床熱解氣化爐與循環(huán)流化床鍋爐結(jié)合起來，就可以達(dá)到分級(jí)階梯式利用煤炭資源的目的。嵊州新中港熱電公司于2015年與分級(jí)轉(zhuǎn)化技術(shù)達(dá)成合作意向，準(zhǔn)備建設(shè)示范工程項(xiàng)目，新中港熱電公司將對(duì)其4臺(tái)高溫高壓循環(huán)流化床進(jìn)行改造，用分級(jí)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行替代，總的蒸發(fā)量達(dá)到440t/h。在不降低發(fā)電量和供汽量的基礎(chǔ)上，液化天然氣的年產(chǎn)量約為4800t，重質(zhì)燃料油的產(chǎn)量約為3900t，新增產(chǎn)值可以達(dá)到約3.1億元。

2.2新型煤化工技術(shù)

新型煤化工的核心技術(shù)是煤氣化，生產(chǎn)原料是煤，然后將煤轉(zhuǎn)化為液態(tài)、氣態(tài)或固態(tài)燃料，接下來繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)品生產(chǎn)的工藝過程。新型煤化工在我國的分布情況主要為：山西、內(nèi)蒙古、云南主要為煤制油項(xiàng)目；新疆、內(nèi)蒙古和山西主要為煤制天然氣項(xiàng)目；其他的煤化工主要集中在新疆、山西、山東、內(nèi)蒙古、江蘇、河南等地。目前，我國的煤制烯烴技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較完善，截至2015年底，煤制烯烴的產(chǎn)量已經(jīng)接近600萬t。2016年，我國的煤制烯烴裝置已經(jīng)投產(chǎn)使用9臺(tái)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能可以達(dá)到744萬t/a。在建項(xiàng)目有9個(gè)，建成后產(chǎn)能預(yù)計(jì)可達(dá)到740萬t/a，擬建項(xiàng)目有6個(gè)，總的設(shè)計(jì)產(chǎn)能為400萬t/a。在我國，乙二醇的市場需求量非常可觀，并逐年提高。數(shù)據(jù)顯示，2016年我國的煤制乙二醇產(chǎn)能達(dá)到200萬t/a，其中實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到115萬t。投產(chǎn)項(xiàng)目分布地區(qū)主要集中在河南、內(nèi)蒙古、新疆等地。目前有8個(gè)煤制乙二醇項(xiàng)目在建，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為260萬t/a。2016年底投產(chǎn)的煤制油項(xiàng)目達(dá)到9個(gè)，產(chǎn)能共計(jì)715萬t/a，項(xiàng)目總體投資額達(dá)1193億元。煤制烯烴技術(shù)是利用煤進(jìn)行甲醇等低鏈的碳烯烴制備技術(shù)。總體來說，中國的煤制烯烴技術(shù)發(fā)展非常快，但是目前來看，這一技術(shù)的發(fā)展速度過快，產(chǎn)品存在同質(zhì)化現(xiàn)象，極易產(chǎn)生市場過剩問題。因?yàn)檫@種技術(shù)存在較大的投資風(fēng)險(xiǎn)，建議全面發(fā)展新型煤化工技術(shù)，不斷開發(fā)新的產(chǎn)品并投入市場，以期帶來更大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境利益。

2.3碳捕獲及碳封存技術(shù)

碳捕獲技術(shù)是近些年發(fā)展起來的新型煤炭資源高效利用技術(shù)，這種技術(shù)首先收集工業(yè)燃燒或發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳，然后將二氧化碳進(jìn)行捕獲封存從而大大降低二氧化碳排入大氣中的量，同時(shí)也是一種碳循環(huán)利用的重要手段。目前，二氧化碳捕獲的方式主要有三種：燃燒前、燃燒后以及富氧燃燒過程中捕集。其中，燃燒前捕集需要結(jié)合IGCC技術(shù)，煤進(jìn)行氣化的同時(shí)，分離出二氧化碳，達(dá)到二氧化碳的高效回收；燃燒后捕集主要是針對(duì)捕獲普通電廠的燃燒排放二氧化碳的手段，這種二氧化碳的濃度比較低、壓力比較小，因此對(duì)其進(jìn)行捕獲的運(yùn)行成本相對(duì)較高。富氧燃燒捕集是利用高含氧量的氧氣進(jìn)行加壓和助燃，從而達(dá)到提高二氧化碳排放濃度和壓力的目的，當(dāng)其二氧化碳排放濃度和壓力與IGCC相當(dāng)時(shí)，碳收集的效果就會(huì)比較高效。近些年來，碳捕獲和封存技術(shù)又有了新的發(fā)展，在捕獲和封存之間又提出了利用的理念，也就是CCUS，這種技術(shù)通過對(duì)二氧化碳進(jìn)行回收再利用，從而達(dá)到二氧化碳零排放的目的。2009年，華能上海投產(chǎn)了碳捕獲封存項(xiàng)目，600MW機(jī)組的碳捕獲封存能力達(dá)到了10萬t。神華集團(tuán)在2010年啟動(dòng)了CCS工業(yè)化示范項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目將二氧化碳封存在咸水層，是全球第一個(gè)全流程碳捕獲封存項(xiàng)目，此項(xiàng)目捕獲能力設(shè)計(jì)為10萬t。

2.4煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的目的是綜合高效地利用煤炭，達(dá)到節(jié)能減排，其核心是煤氣化，它是一種清潔度非常高的煤炭利用系統(tǒng)。這種技術(shù)有機(jī)耦合了相對(duì)獨(dú)立的煤電和煤化工行業(yè)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的內(nèi)循環(huán)，降低了污染物的排放，提高能源資源利用率，同時(shí)增加了產(chǎn)品（如大宗煤化工產(chǎn)品甲醇、二甲醚等）和發(fā)電的附加值，污染排放量也大幅度降低，達(dá)到了煤炭綜合清潔高效利用的目的。兗礦集團(tuán)“十五”期間聯(lián)合中國科學(xué)院工程熱物理研究所，共同完成了煤氣化發(fā)電同時(shí)聯(lián)產(chǎn)甲醇系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)公關(guān)。我國目前的煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展還不完善，剛剛進(jìn)入工業(yè)化示范階段，但是隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)將會(huì)趨于成熟。

3結(jié)論

隨著國家對(duì)能源資源清潔利用的要求越來越高，全國各個(gè)地區(qū)都在開展綠色化能源利用，各省市也都非常重視煤炭的清潔高效利用。對(duì)生態(tài)環(huán)境的發(fā)展提出了更高要求，強(qiáng)調(diào)了社會(huì)主義的生態(tài)文明觀，在這一思想指導(dǎo)下，人們更應(yīng)該積極開發(fā)能源的高效清潔利用模式，構(gòu)架低碳、高效的能源利用體系。綜上所述，加快研究煤炭資源高效清潔利用的模式，是我國生態(tài)文明發(fā)展和合理利用煤炭資源的必然選擇，也是煤炭企業(yè)在這樣一個(gè)大環(huán)境下的必然選擇。

參考文獻(xiàn)

1柳亞琴，趙國浩.節(jié)能減排約束下中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)演變分析[J].經(jīng)濟(jì)問題，2015，（1）：27-33.

2韓建國.能源結(jié)構(gòu)調(diào)整“軟著陸”的路徑探析——發(fā)展煤炭清潔利用、破解能源困局、踐行能源革命[J].管理世界，2016，（2）：34.

3郭丕斌，李丹，周喜君.技術(shù)鎖定狀態(tài)下煤炭資源型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的出路與對(duì)策[J].經(jīng)濟(jì)問題，2015，（12）：24-27.

4龔夢(mèng)潔，李惠民，齊曄.煤制天然氣發(fā)電對(duì)中國碳排放和區(qū)域環(huán)境的影響[J].中國人口•資源與環(huán)境，2015，25（1）：83-89.

5朱彬彬.對(duì)我國煤制油的經(jīng)濟(jì)性分析[J].煤炭加工與綜合利用，2015，（8）：19-26.

6魏思策，石磊.基于水足跡理論的煤制油產(chǎn)業(yè)布局評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35（12）：4203-4213.

作者:劉仁志 范柱國 劉培毓 單位:昆明理工大學(xué)