我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)保利弊談

　　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，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。

作者：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

陜西煤業(yè)化工集團(tuán)聯(lián)手中國三峽集團(tuán)公司斥資200億元，采用我國自主開發(fā)的DMTO-Ⅱ技術(shù)，建設(shè)的70萬噸/年全球首套DMTO-Ⅱ
工業(yè)化示范裝置目前進(jìn)入設(shè)備安裝高峰期，將于今年四季度投產(chǎn)。圖為正在建設(shè)的DMTO-Ⅱ工業(yè)化示范裝置。 （姬珺 攝）
 

　　2012年，中國消費(fèi)煤炭實(shí)物總量為35.51億噸，占全球總消費(fèi)量的50%左右。截止2009年，我國探明的化石能源資源總量構(gòu)成中，煤炭資源占化石能源資源總量的96.42%，遠(yuǎn)大于石油(1.71%)和天然氣(1.87%)的資源量。消費(fèi)量和資源賦存現(xiàn)狀的客觀事實(shí)，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(xiàn)了涉及生存環(huán)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(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是我們追求的永久目標(biāo)。

　　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，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。

　  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(fā)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(xué)能，約占20%。其中鋼鐵用煤近16%，煤化工消耗約5%。

　　與煤炭消費(fèi)密切相關(guān)的大氣環(huán)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(xiàn)代煤化工為例，比較兩種利用方式的環(huán)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(dá)95%。但花費(fèi)巨資僅僅改變污染物的形態(tài)，只是將二氧化硫從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)污染物，需要占用大量土地，還將產(chǎn)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(dá)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(jìn)口依存度高達(dá)70%，進(jìn)口量保持在1000萬噸/年左右，相當(dāng)于10億噸規(guī)模煤化工(以煤中含硫1%計(jì))的回收量，也相當(dāng)于2011年全國二氧化硫的排放總量。

　　2、氮氧化物

　　火電補(bǔ)燃用空氣(有效氧含量21%)，1400—1500℃高溫加上空氣中大量的氮?dú)?78%)，增加了氮氧化物的生成和排放?，F(xiàn)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(zhuǎn)化為氨氮。因此，從來源分析，火電的氮氧化物產(chǎn)生量遠(yuǎn)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(yáng)塵(煤堆場、渣堆場、灰堆場、轉(zhuǎn)運(yùn)等)。煤化工生產(chǎn)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(yáng)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(yáng)塵。因此，煤化工的PM產(chǎn)生與排放優(yōu)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(zhuǎn)化為二氧化碳。用于煤化工時，煤中的碳部分被固定在產(chǎn)品中，部分轉(zhuǎn)化為二氧化碳排放。根據(jù)不同的產(chǎn)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(dá)到87%-99%，捕集與封存(CCS)的優(yōu)勢十分顯著。

　　5、重金屬(砷、汞等)

　　根據(jù)全國24個省市107個煤礦的煤質(zhì)測定，砷元素的濃度范圍為0.322×10-6-97.8×10-6(以干煤計(jì))，火電雖然經(jīng)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(jìn)入灰渣水，20%左右進(jìn)入煤氣。由于砷危害后續(xù)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(huán)保優(yōu)勢是火電無法比擬的。除此之外，煤化工多聯(lián)產(chǎn)還具有火電不具備的調(diào)峰調(diào)谷優(yōu)勢。因此，發(fā)展現(xiàn)代煤化工對于改善環(huán)境質(zhì)量具有不可低估的作用!
 

　　現(xiàn)代煤化工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　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)鏈幾乎都是以煤炭氣化為工藝源頭。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10多種自主開發(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)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(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。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(jìn)料和水煤漿進(jìn)料兩大類氣化爐。各種氣化技術(shù)均有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，對原料煤的品質(zhì)均有一定的要求，其工藝的先進(jìn)性、技術(shù)成熟程度也有差異。

　　從環(huán)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(shù)，總體上加壓純氧氣化技術(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。