作者：高山河；國際思捷有限公司, 香港

煤氣化技術發(fā)展助力中國減少排放和降低成本

作者：高山河；國際思捷有限公司, 香港

隨著中國現代城市化的發(fā)展，能源的消費逐漸轉向天然氣，包括電力行業(yè)在內的許多工業(yè)領域要么已經開始把天然氣作為主要燃料，要么正計劃著在近期向著這一方向轉變。推動這一發(fā)展趨勢的主要因素是人們對于環(huán)境問題的擔憂和中國在當前的“十二五”（2011—2015）期間對于清潔能源產業(yè)的大力支持。國家對于全國范圍在減排方面的政策也增進了清潔及綠色能源的發(fā)展，這將有助于中國減少對環(huán)境足跡的不良影響。

為滿足國內對更為清潔的天然氣需求的不斷增長，中國一直在加大從國外進口管道天然氣和液化天然氣；而且石油和天然氣價格一直居高不下，使得能源工業(yè)領域更為關注如何通過利用國內生產的價格低廉的煤炭生產出天然氣的有效替代品。近年來，國內的一些能源企業(yè)已經投入數十億美元的物力人力用以對國內廣闊的煤炭資源進行氣化加工，獲得合成氣和工業(yè)化學制品。煤氣化是國家開發(fā)國內資源規(guī)劃中的重要組成部分，煤氣化過程產出的產品有合成天然氣、液化煤、二甲醚、烯烴、乙烯和乙二醇等。

中國煤炭資源豐富，據最近的統(tǒng)計顯示我國煤炭保有儲量高達一萬億噸。但是，由于運輸問題，大部分的儲煤并非經濟可采儲煤，70%的儲煤位于西部貧瘠的邊遠地區(qū)，如內蒙的鄂爾多斯盆地和新疆的準格爾、吐哈盆地。然而，如果這些位于邊遠地區(qū)的煤炭資源能夠得以開采并就地進行氣化處理，一旦將其轉化成合成天然氣就可用管道輸送至有能源需求的地區(qū)。通過這種方式，煤炭加工所產生的污染物對環(huán)境帶來的破壞便可在生產的源頭通過高科技煤氣化設備得到更好的控制。雖然我國煤儲量豐富，但是油氣短缺，因此煤氣化是提升我國通過環(huán)境友好型途徑滿足國內能源需求的能力的一項有效解決方案。

進口燃氣價格不斷上漲，而且人們也擔心未來是否能夠保持天然氣的供應，使得中國急切需要找到替代性的解決方案來開發(fā)國內能源。煤氣化不僅是獲得天然氣的一個新的來源，而且也能帶來了大量多種不同的工業(yè)化學制品。鑒于煤炭氣化后的實際用途廣泛而且效益優(yōu)良，全球的能源和化工企業(yè)把煤氣化看作許多全球性問題的一項有效解決方案。對于煤炭資源豐富而油氣資源嚴重依賴進口的各國而言，煤氣化更是一項優(yōu)良的能源解決方案。煤氣化產出的合成氣將有效降低國家對進口油氣的依賴。當下中國的煤炭儲備豐富，而且在未來的幾十年里將會保持著這樣的儲備優(yōu)勢。相比進口油氣而言，煤炭的價格要低廉許多，使得開發(fā)合成氣的成本更低、價格更為穩(wěn)定。

環(huán)保發(fā)電與工業(yè)化學制品生產

中國的煤氣化工業(yè)一直在向前發(fā)展，通過引進國外氣化技術獲取經驗，同時消化國外技術發(fā)展本國的氣化設備。我國目前已根據需要引進了西門子公司的先進煤炭氣化技術，并對其進行消化研發(fā)。西門子的500MW級煤炭氣化爐整體設計長18米、內徑3米、重220噸，是全球最大型、功能最強大的高效的煤炭氣化爐。該氣化爐煤炭日處理量達2000噸。西門子煤氣化工藝先進，硬煤、褐煤及其他物質如生物質、石油焦和精煉廠廢料等都可作為原料用來生產合成氣；同時在氣化過程中經凈化系統(tǒng)處理徹底清除硫和二氧化碳等環(huán)境污染物。經過凈化后的合成氣將可用作環(huán)保型發(fā)電燃料或是化工行業(yè)中的原料。西門子500MW級煤炭氣化爐整體設計簡單、可用性高、維護要求低、同時具有快速開車和快速停車的特點。

高效氣化爐所生產出的合成氣適用于整體煤氣化聯合循環(huán)工廠（IGCC）的發(fā)電、工業(yè)化學制品與合成燃料的生產。整體煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電廠把最新的氣化工藝和先進的燃氣輪機、蒸汽輪機發(fā)電技術相結合。西門子整體煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)先是在氣化爐中生成合成氣，然后合成氣經過凈化系統(tǒng)處理進入燃氣輪機的燃燒室燃燒發(fā)電。整體煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的排放水平能夠滿足當今最為苛刻的排放規(guī)章的要求，實際上它的表現性能甚至能超過最為潔凈的蒸汽電廠的水準。整體煤氣化聯合循環(huán)電廠采用“先治理后發(fā)電”的策略，通過目前已商業(yè)化的碳捕集技術直接捕集二氧化碳，根據需求把二氧化碳的排放降至非常低的水平。西門子的氣化處理工藝憑借著對包括褐煤、煙煤和次煙煤、硬煤、石油焦和生物質在內的多種不同給料能夠靈活適應的品質在國際市場上具有突出的領先地位。

西門子氣化處理工藝的獨到之處在于它可靈活處理多種類型的煤原料，產出的燃氣類型種類繁多。通常，氣化過程可用于生產多種類型的燃料，生產出多種不同的終端產品。一個整體煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電廠會有一個燃氣蒸汽聯合循環(huán)電廠，它的燃氣是由上游氣化廠來供給的。這樣的裝置設計使其能夠隨意使用無法在燃氣輪機系統(tǒng)中使用的固體燃料或是液體燃料。同時通過一道額外的程序進行二氧化碳捕集，在進入實際燃燒程序之前把二氧化碳從燃料中分離出來。除了具有獨到的多種煤原料氣化技術外，西門子在運行精煉廠的煤氣化整體聯合循環(huán)工廠的燃氣輪機方面也有經驗（如在意大利的Isab能源公司的Priolo Gargallo煉油廠項目和EniPower公司的Sannazzaro煉油廠項目），在這些項目中把精煉廠液質廢料進行氣化處理生產出的合成氣用于燃氣輪機發(fā)電。目前西門子燃料氣化工藝已經應用于中國、澳大利亞和美國等國的多個煤炭相關工程項目中，產出的合成氣用作下游化學制品的加工。

在中國，西門子已為神華寧夏煤炭工業(yè)集團有限責任公司(SNCG)交付了5臺500MW級煤炭氣化爐。該類型煤炭氣化爐每臺具有500MW熱容量的生產能力，它們是為中國西北地區(qū)寧夏自治區(qū)的寧夏煤基聚丙烯生產工廠定制的。2011年夏季，在氣化爐交付之后，該廠合成氣每小時的產量約54萬立方米。神華寧煤集團是一家大型煤炭企業(yè)，目前擁有煤炭資源儲量241億噸，煤炭年產量達3300萬噸。到目前為止，國家有關部門已核準了神華寧煤集團5項煤化工項目，總投資近1000億元人民幣。這些煤化工項目工廠位于寧東煤田，它是全國13個億噸級煤炭基地之一。煤化工基地整個作業(yè)區(qū)面積超過20平方公里，基礎設施建設完善，附近有一發(fā)電廠。煤田的煤炭品質不一，從質地較軟的褐煤到無煙煤都有，而西門子交付的氣化爐就是為處理各個不同類型的煤炭而設計的。

寧東煤基地的煤炭氣化廠所處的區(qū)域類似沙漠，屬大陸性氣候，這樣的氣候環(huán)境給煤氣化設施在設計、工程學以及整套復雜的化工設施帶來了更多限制。雖然工廠的用水可以從附近的黃河抽取，但是水資源的不足仍舊是一大問題；因此，在生產過程中需要節(jié)約用水和循環(huán)用水，而寧東煤基地已經很好地做到了這一點。由氣化島排出的廢水經過一系列的污水處理系統(tǒng)的處理，實現了水資源的循環(huán)利用，從而在根本上實現了節(jié)水。寧煤集團的煤氣化項目不僅是本集團迄今為止最大型的項目，而且也是全世界最大型的煤炭氣化工程，它采用了當今世界最先進的核心技術和設施。寧東煤基地的開發(fā)目的在于把整個基地全面建設成為一個可生產甲醇、二甲醚、聚丙烯和煤制油的綜合性的煤化工、煤炭深加工基地。

西門子還為新疆伊犁市的一座煤炭氣化廠提供了8臺500MW級的氣化爐。該工廠把當地的亞煙煤轉化為合成天然氣，以減少發(fā)電和供熱用的天然氣進口量。在工廠一期完成之時，該廠每年將生產合成天然氣近20億立方米。該煤氣化項目屬于中電投新疆能源化工集團有限公司，它是中國最大的五家發(fā)電企業(yè)之一中國電力投資集團公司的子公司。該煤炭氣化廠計劃將于2015年末上線投產。西門子也為山西省晉城的山西蘭花煤化工公司旗下的煤氣化廠供應了2臺煤炭氣化器，安設在原本的煤轉氨工廠內，計劃采用無煙煤年產30萬噸氨和52萬噸尿素。

中國不斷地在尋找并引進新的技術，確保煤炭生產的清潔能源的穩(wěn)定供應，尤其是當這些技術能夠使煤炭對環(huán)境更加友好時中國更是不遺余力地引進。要使燃煤火電廠降低對環(huán)境的污染的有效途徑就是要提高電廠的效率，采用超臨界和超超臨界燃煤機組及制粉技術來最大化電廠效率并把污染降至最低。另外一種有效的方法采用目前正逐漸在全球成為流行的煤氣化，將污染較大的‘臟’煤碳氣化所生成的清潔的合成氣可用作整體煤氣化聯合循環(huán)電廠的燃料，整體煤氣化聯合循環(huán)電廠內帶有的碳捕集和封存（CCS）系統(tǒng)能夠清潔合成氣，使電廠達到極高的效率水平，而且廢氣排放要遠低于天然氣電廠的排放量。

煤炭在現代中國的基礎性關鍵地位

煤炭在能源、經濟以及在中國經濟快速發(fā)展中生態(tài)環(huán)境的未來等方面都發(fā)揮著舉足輕重的作用。自進入21世紀以來，中國的經濟增長每年都能超過增長目標。全國范圍內對煤炭需求的增長反映出了人民生活水平的持續(xù)提升，本國的經濟活動和社會的發(fā)展。近年來，國家已開始合理化國家的煤炭行業(yè)，并發(fā)展了許多新型清潔煤炭技術。在當前的“十二五”期間，國家對煤炭行業(yè)每年的投資額超過5000億元人民幣。據國家能源局報告稱，“十二五”期間將推進國內的煤炭行業(yè)企業(yè)的兼并重組，讓中國的煤炭企業(yè)更加國際化。

煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃已經正式公布：規(guī)劃到2015年，煤炭生產能力達到41億噸，煤炭產量控制在39億噸，同時形成10個年產億噸級、10個年產5000萬噸級大型煤炭企業(yè)，煤炭產量占全國的60%以上。同時要推進煤礦企業(yè)兼并重組，發(fā)展大型企業(yè)集團，關閉眾多資金不足的煤礦和清除老舊和效率低下的煤礦，有序建設大型煤炭基地，保障煤炭穩(wěn)定供應。最近，國家為降低碳排放，決定到2015年把煤炭產量控制在39億噸。展望未來，國家已開始鼓勵煤炭企業(yè)和嚴重依賴于煤炭的終端企業(yè)用戶（如發(fā)電廠）到國外尋找煤炭資源供應已保證未來中國的能源供應能夠健康穩(wěn)定。

國家能源局統(tǒng)計到2020年我國將消費55億噸標準煤炭，而且到2030年標煤的消費水平將達到75億噸。隨著環(huán)境問題成為了未來能源消費的中心問題，中國已經采取了多項重要措施以增進中國的能源效率。這些發(fā)展措施包括采用新型先進技術的，尤其是在中國這樣一個70%的能源供應都來自于煤炭的國家。中國一直在按照規(guī)劃在國家整體經濟增長模式的范圍內對較為老舊能源密集型產業(yè)進行重組升級、節(jié)約能源、實現減排目標。中國正在不斷接納各種新型潔凈煤技術，如煤制化學制品、煤液化和煤氣化等環(huán)保的方式增加并加強本國能源的可用性和安全性。世界各國應向中國學習用煤炭實現經濟的成功增長。