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      江蘇華昌(集團)有限公司


      我國現代煤化工產業發展環保利弊談

       

      我國現代煤化工產業發展環保利弊談

        現代煤化工在改善大氣環境質量方面具有顯著的產業優勢,從治理大氣污染的角度,應該積極探索利用先進的產業集群模式發展現代煤化工,做到大幅消減煤炭使用量的同時,還能保證經濟的正常發展。

      作者:環保部環境工程評估中心教授級高級工程師 周學雙

      陜西煤業化工集團聯手中國三峽集團公司斥資200億元,采用我國自主開發的DMTO-Ⅱ技術,建設的70萬噸/年全球首套DMTO-Ⅱ
      工業化示范裝置目前進入設備安裝高峰期,將于今年四季度投產。圖為正在建設的DMTO-Ⅱ工業化示范裝置。 (姬珺 攝)
       

        2012年,中國消費煤炭實物總量為35.51億噸,占全球總消費量的50%左右。截止2009年,我國探明的化石能源資源總量構成中,煤炭資源占化石能源資源總量的96.42%,遠大于石油(1.71%)和天然氣(1.87%)的資源量。消費量和資源賦存現狀的客觀事實,決定我國無法回避煤炭的問題。因此,我國不使用煤炭是不可能的!

        正是煤炭的巨量使用,出現了涉及生存環境的大問題。我國煤炭資源雖然相對豐富,但人均資源占有量也僅占世界平均水平的60%左右,科學合理開發、高效加工轉化和最大限度地利用煤炭資源是我們追求的永久目標。

        現代煤化工在改善大氣環境質量方面具有顯著的產業優勢,從治理大氣污染的角度,應該積極探索利用先進的產業集群模式發展現代煤化工,做到大幅消減煤炭使用量的同時,還能保證經濟的正常發展。

         兩種煤炭利用方式的大氣污染比較

        煤炭資源的利用方式主要有兩種。一是以燃料形式直接利用熱能,約占煤炭消耗總量的80%。其中,用于發電用煤55%,建材用煤14%,民用及其它用煤10%;二是以原材料形式利用化學能,約占20%。其中鋼鐵用煤近16%,煤化工消耗約5%。

        與煤炭消費密切相關的大氣環境污染物主要包括二氧化硫、氮氧化物、顆粒物(PM)、二氧化碳、重金屬(汞、砷)等等。這里以火電和現代煤化工為例,比較兩種利用方式的環保利弊。

        1、二氧化硫

        火電脫硫(目前95%以上為石灰石-石膏法),脫硫效率高的可達95%。但花費巨資僅僅改變污染物的形態,只是將二氧化硫從氣態轉變為固態污染物,需要占用大量土地,還將產生二次污染。煤化工是將硫變成化工原料如硫磺等,且回收率可高達99.5%以上,最終排放量只有火電廠脫硫后的1/20左右,回收的硫磺可有效解決我國硫磺資源的短缺。近幾年我國硫磺進口依存度高達70%,進口量保持在1000萬噸/年左右,相當于10億噸規模煤化工(以煤中含硫1%計)的回收量,也相當于2011年全國二氧化硫的排放總量。

        2、氮氧化物

        火電補燃用空氣(有效氧含量21%),1400—1500℃高溫加上空氣中大量的氮氣(78%),增加了氮氧化物的生成和排放?,F代煤化工是純氧氣化,沒有外來的氮源,且氣化過程為還原氣氛,不具備合成氮氧化物條件,煤中的氮元素主要轉化為氨氮。因此,從來源分析,火電的氮氧化物產生量遠高于煤化工。

        3、固體顆粒物(PM)

        火電PM的來源主要是有組織的高空煙囪排放、備煤過程低空除塵器排放和無組織地面二次揚塵(煤堆場、渣堆場、灰堆場、轉運等)。煤化工生產高溫高壓,工藝過程基本沒有粉塵排放,大部分粉塵均被液相撲集,也不易二次揚塵,PM僅有備煤干燥過程的低空除塵器排放、煤堆場的地面二次揚塵。因此,煤化工的PM產生與排放優勢均是火電無法相比的。

        4、二氧化碳

        對于同一種煤(煤種從褐煤到無煙煤,含碳量60-98%,假定完全燃燒),用于火電時,煤中的碳全部轉化為二氧化碳。用于煤化工時,煤中的碳部分被固定在產品中,部分轉化為二氧化碳排放。根據不同的產品和工藝路線,煤化工二氧化碳排放可比火電降低30—70%。此外,火電排放的二氧化碳濃度低(小于20%)、廢氣量大,CO2的捕集與封存(CCS)難度大、成本過高。相比之下,煤化工排放的二氧化碳濃度可達到87%-99%,捕集與封存(CCS)的優勢十分顯著。

        5、重金屬(砷、汞等)

        根據全國24個省市107個煤礦的煤質測定,砷元素的濃度范圍為0.322×10-6-97.8×10-6(以干煤計),火電雖然經過除塵、脫硫脫硝過程可以撲集部分重金屬,仍然有部分重金屬排入大氣。煤化工工藝過程,80%左右的砷進入灰渣水,20%左右進入煤氣。由于砷危害后續工藝,煤氣需要凈化脫砷,因此,砷等重金屬幾乎不會排入大氣。

        通過比較分析可以看出,煤化工在大氣污染方面的環保優勢是火電無法比擬的。除此之外,煤化工多聯產還具有火電不具備的調峰調谷優勢。因此,發展現代煤化工對于改善環境質量具有不可低估的作用!
       


        現代煤化工技術的發展現狀

        現代煤化工在我國的發展很迅速,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模的工業化示范裝置??梢哉f,我國的現代煤化工技術已經具備規?;l展的基礎。

        除煤炭直接液化外,現代煤化工產業鏈幾乎都是以煤炭氣化為工藝源頭。因此,煤氣化技術是現代煤化工的基礎核心。目前,我國已有10多種自主開發和國外引進的煤氣化技術,是唯一集合了世界上所有煤氣化工藝技術的國家。

        按爐型劃分,煤氣化技術類型主要有固定床、流化床、氣流床三種。這三種爐型的氣化技術在國內幾乎都有過應用。目前,業內基本認同固定床和氣流床這兩種氣化技術,流化床已經很少使用。固定床氣化爐有常壓固定床煤氣化爐、碎煤加壓氣化爐和碎煤加壓熔渣氣化爐(BGL爐)。氣流床分為干煤粉進料和水煤漿進料兩大類氣化爐。各種氣化技術均有其各自的優缺點,對原料煤的品質均有一定的要求,其工藝的先進性、技術成熟程度也有差異。

        從環保角度分析,我國使用的以固定床和氣流床為主流的氣化技術,總體上加壓純氧氣化技術,環境友好。而常壓氣化、空氣氣化技術污染嚴重,應該予以淘汰。

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