科学认识煤化工大力推进煤的清洁高效利用

　　煤是我国的主体和基础能源。世界各国的能源结构中化石能源平均占了80%，煤占28%。而中国的化石能源占到93%，煤占到70%左右。按照“十一五”规划，2010年度我国的能源消耗是27亿吨标准煤，但到目前为止仅煤炭已超过32亿吨。据今年6月出版的《世界能源报告》数据，2009年中国煤炭消耗占了世界的46.9%，这一现实值得我们高度关注。

　　一方面由于禀赋特点是能源资源的主要提供者，另一方面因为技术落后又是环境生态的主要污染源，煤炭对中国是棘手的两难选择，煤的清洁高效利用是唯一出路。加强煤的清洁高效综合利用技术开发，推进传统能源清洁高效利用应该是国家能源战略的重中之重。

　　目前，世界煤化工的主战场在中国，煤炭能源化工是现代煤化工的重要表现。针对曾经出现的煤化工热，国家早就提出要科学规划、有序发展煤化工，结果不但没有冷下去，还遍地开花。根据中国的能源结构和产业结构，近、中期中国能源发展战略的重点应该是煤的清洁高效和低碳化利用。煤化工和煤的高效清洁利用是什么关系？煤化工过热是不是限制了煤炭洁净高效利用发展和推广？

　　我认为，煤化工是煤炭能源清洁高效利用技术开发的重要学科支撑，但煤化工应以煤的清洁高效利用为前提，循环经济型煤炭能源化工是实现煤炭清洁高效利用的重要途径，必须科学认识煤化工，大力推进煤的清洁高效利用。

　　传统的煤化工路线包括煤炭焦化、煤气化合成氨化肥、煤电石乙炔聚氯乙烯，以中国为主，产量占世界的1/3以上，对全国GDP贡献约3%。煤化工的特点表现在基础研究多学科，工程开发多技术，工业生产多投资，经济效益多因素，高碳排放高水耗。传统煤化工已形成了我国煤化工的产业链。

　　我国神华百万吨级直接液化装置已成功开车、运行基本正常；兖矿百万吨间接液化示范项目进入核准阶段；两套16万吨/年间接液化和一套10万吨/年甲醇制汽油装置都已运行。总体来说，我国已经基本掌握煤直接、间接液化技术，但工业化示范有待完善。而国外则规划多，落实少。

　　对于煤制甲醇路线，国外以天然气为主要原料，国内则以煤系原料为主，可是建设不尽落实、生产不太景气，2008年产量仅为产能的54%。但甲醇作为替代燃料兴旺，MTO，MTP，MTG，MTA研发蓬勃。

　　煤制二甲醚国外很少，国内2008年产能600万吨，产量仅有200万吨，开工率30%。2010年预计车用二甲醚需求仅仅20万吨，15%替代液化石油气450万吨，仍然供大于求。

　　煤制天然气能量转化率较高，可达约53%，是目前从能效、水耗、煤耗和投资上都较好的一条技术路线，因此是引起广泛关注的新一代煤化工项目。1984年美国Great Plains公司以褐煤为原料的每天389万立方米装置仍在运行，450万吨原煤/年制合成气和1万吨投煤量/天的天然气发电正在建设。国内煤制天然气可研规划已经达到每年950亿标准立方米，其中伊犁规划总量500亿立方米，其他在建的8个有180亿立方米。

　　以煤为原料的甲醇制烯烃、合成气制乙二醇技术开发我国领先，目前仍处于工业化示范阶段。采用中科院大化所等单位历经近30年研发的DMTO-Ⅰ技术的世界首套甲醇制低碳烯烃60万吨/年装置2010年8月在神华包头投料运行一次成功，而采用DMTO-Ⅱ技术的70万吨/年的工业化示范项目许可也已于2010年10月签约。

　　综观国内外煤化工现状，可以看出：国外不景气、国内过热；国外小试、中试，国内引进、放大；国内外基本都是项目规划多、落实少，产能大、产量小；国内现阶段以技术储备为重，工业示范为主；煤气化是煤化工的基础和关键过程，其技术的主要选择依据是煤质、产品、效率、环境等特定条件，以适宜为准；技术创新和水资源是制约中国现代煤化工发展的瓶颈。

　　目前，世界和中国能源消费结构都是以高碳能源为主，中国又以碳排放系数最高的煤炭为主，污染十分严重。二氧化硫、氮氧化合物的排放已超过环境自净能力，二氧化碳的排放更面临越来越大的压力，值得注意的还有渣尘年排放量数亿吨中，重金属已超过2万吨，其中仅煤燃烧排放的人为源汞就占到汞排放总量的40%，对危害很大。

　　需要特别指出的是，现在我国60%~70%的能源消费是生产性消费，发达国家正好倒过来，60%~70%用于非生产性消费。去年哥本哈根会议上欧盟等发达国家提出全球到2050年碳排放减半，其中发达国家占80%，发展中国家占20%。2005年全球碳排放272亿吨，按这个标准，2050年减半是136亿吨。这对以煤为主要能源并正处于工业化中期的中国是不公平的。但作为负责任的大国，我国提出了明确的碳减排目标，任务之艰巨，压力之巨大，显而易见。

　　对于中国来说，如果不用煤，能用什么能源？除煤以外的其他各种能源，从长远看都可以用，但就近、中期，指望它们担当主体，不得不考虑石油和天然气的储量短缺和引进困扰；风能、太阳能的有效性和实用性；水能的地域和生态局限性；核能的原料供应和废料处理问题。因此，洁净煤虽然不是“银弹”，但不得不再烧几十年。

　　面临着以高碳排放煤炭为主的能源结构和以能耗大、污染重的重化工业为主的产业结构与绿色、低碳发展迫切需求之间的矛盾，中国必须“加快发展高碳能源低碳化利用和低碳产业”（2009年《全国人民代表大会常务委员会关于积极应对气候变化的决议》）；“大力发展低碳技术；努力建设以低碳排放为特征的产业体系和消费模式”（2010年《政府工作报告》）；“加强煤的清洁高效综合利用、煤转天然气、煤制重要化学品技术研发”（，2010年6月7日在两院院士大会上的讲话）；“推进传统能源清洁高效利用”（中央关于制定“十二五”规划的建议）。

　　在国家能源局列出的低碳能源技术中，化石能源清洁高效利用技术排在第一位，当然主要是指煤炭的清洁高效利用。我认为，煤炭的清洁高效利用应该包括煤的安全、高效、绿色开采，煤利用前的预处理，煤利用中的污染控制与净化，新型清洁煤燃烧，先进燃煤发电，先进输电，煤洁净高效转化，煤基多联产和煤利用过程中的节能减排。

　　其中，煤洁净高效转化技术主要指现代煤化工，即以煤热解、气化为基础，以一碳化学为主线，以单元过程优化集成为途径，生产各种替代燃料和化工产品，如天然气、甲醇、二甲醚、合成油、烯烃、精细化学品等。

　　煤化工和煤的清洁高效利用是什么关系？我认为煤化工的学科基础、技术进步、发展方向均与煤的清洁高效利用，特别是与煤燃烧、煤转化、污染物控制、净化和利用等密切相关。

　　比如煤化工的学科与科技进步主要有几个方面，如原子经济性反应、原料路线选择优化、单元过程优化集成、新型分离技术组合以及定向反应与合成，对应可指导煤的清洁高效利用中碳、氢、氧有效组分高效转化，硫、氮等污染组分联合脱除；富碳、富氢原料充分利用，劣质煤与生物质综合利用；提高物料转化效率，实现能量梯级利用；高温气体净化分离，反应分离一体化；新型清洁煤燃烧、低碳产品合成与低碳排放过程。所以说，煤化工从学科和本身的科技进步上对煤的洁净高效利用有很重要的直接支撑作用。

　　例如，潞安16万吨/年煤基合成油联产30万吨/年尿素，不仅可以每年减排CO2 41万吨，而且通过低热值尾气的IGCC发电可以联产11.5兆瓦的电力。再如由太原理工大学等单位承担的国家“973”项目，利用气化煤气中的CO2和焦炉煤气中富含的甲烷，通过它们在特定条件下的重整反应制取合成气进而生产醇醚燃料和电力，不仅可以使煤中碳、氢、氧达到原子经济性利用，而且有助于CO2的源头减排和节水。由于通过集成优化，可以使能量流、物质流、 流梯级利用，煤基热电化多联产这一集资源、能源、环境一体化能源系统被专家认为是“综合解决我国能源问题的重要方案”。如果将这一认识拓宽至从煤的开采洗选，通过焦化、气化、液化等组成的化工产品链，与发电、供热、污水处理、建材等集成优化就可以形成循环经济型的煤炭能源化工，全面实现煤的清洁高效利用。

　　综上所述，煤化工是煤的清洁高效利用技术的重要支撑，其发展趋势是单元技术的新型化、生产技术的绿色化和工艺过程的集约化。我们应根据煤化工的特点、作用和趋势，“以低碳绿色为目标，以原料资源为基础，以市场效益为前提，以生产技术为关键”科学规划、有序发展循环经济型煤炭能源化工。