現代煤化工改善大氣質量的優勢產業

　　□ 環保部環境工程評估中心教授級高級工程師 周學雙

　　在中國，煤炭資源賦存現狀和消費量的客觀事實，決定了我國無法回避煤炭問題，我國不使用煤炭是不可能的！但也正是煤炭的大量使用，我國出現了涉及生存環境的大問題，科學合理開發、高效加工轉化和最大限度地利用煤炭資源成為我們追求的永久目標。

　　研究表明，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考慮，我們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。

　　現狀：已具備規模化發展的基礎

　　傳統意義上的煤化工主要是制煤氣、焦炭、化肥、氫氣等，而現代煤化工不僅可以完全替代傳統煤化工，還可以將電、化、冶、熱、建材等多種產業聯合，實現大型產業集群。核心是將煤氣化技術與化學品加工技術等多產業密切聯系，供應跨行業的多種產品，除化學品之外，還可以供應電、熱、蒸汽、燃氣、建材等能源產品及其他行業產品。如此一來，不僅可替代能源和石油，而且通過多聯產可以大幅度消減電力、水泥、冶煉、熱力等重污染行業以及民用燃料、車用燃料生產等污染排放。

　　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。可以說，我國的現代煤化工技術已經具備規模化發展的基礎。

　　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，我國已有十幾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，煤氣化技術主要有固定床、流化床、氣流床3種。這3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。從環保角度分析，我國使用的以固定床和氣流床為主的氣化技術環境友好，而常壓氣化、空氣氣化技術污染嚴重，應該予以淘汰。

　　固定床氣化技術。該技術主要是應用碎煤加壓氣化爐（魯奇爐）和碎煤加壓熔渣氣化爐（BGL爐），碎煤干燥、干餾、氣化過程均在爐內，分別在不同的溫度段完成，其中氣化段溫度最高，可達950～1250℃，屬于中溫氣化。固定床氣化技術原料適應性廣，除黏結性較強的煙煤外，從褐煤到無煙煤均可氣化；是國內已經應用的各種氣化技術中獲得甲烷含量最高的技術；除合成氣外，還可以得到各種有價值的焦油、輕質油及粗酚等多種副產品；投資較小。

　　該技術的缺點是：單爐氣化規模較小；直徑＜5毫米的煤不能進入氣化爐；魯奇爐蒸汽分解率低，一般約為40%，蒸汽消耗較大，渣中殘炭含量達5%；氣化廢水量大，成分復雜，含有焦油、萘和酚等污染物，廢水處理困難。

　　魯奇爐是固態排渣，工程實例多，較為成熟，已完全國產化，正在開發內徑5米的大型氣化爐；BGL爐是液態排渣，渣中殘炭少，氣化段溫度高，轉化率高，耗蒸汽少，95%以上國產化，但國內工程實例少。

　　干粉煤氣流床氣化技術。該技術可氣化褐煤、煙煤、無煙煤、石油焦及高灰熔點的煤，屬于高溫高壓氣化；可用于聯合循環發電，且一般不設備用爐；有效氣體含量高，投資最大，碳轉化率高，液態排渣；有效氣體含量最高，不產生焦油、萘和酚等廢水，廢水處理相對容易；單爐生產能力大，因煤氣中甲烷含量低，該氣化技術對煤制天然氣沒有優勢。

　　該技術的缺點是：投資大，連續穩定生產存在問題；飛灰量較大；備煤階段污染較重，使用褐煤需要干燥，污染更重。

　干粉煤氣化技術典型代表有殼牌公司的SCGP粉煤氣化技術、西門子公司的GSP粉煤氣化技術、西安熱工研究院的兩段式干粉煤加壓氣化技術和北京航天動力研究所的HT-L氣化技術等。目前國內應用殼牌公司SCGP粉煤氣化技術較多，西門子公司的GSP粉煤氣化技術工程實例較少。

　　水煤漿氣流床氣化技術。該技術運行穩定可靠、投資省；但要求原料煤含灰量較低、成漿性好、還原性氣氛下的灰熔點低于1300℃，灰渣黏溫特性好，除褐煤外，氣煤、煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤及低灰熔點的劣質煤、石油焦等均能用作氣化原料；氣化溫度在1300～1400℃；原料煤適應性較廣，單爐生產能力大，有效氣體含量高，比固定床投資大，碳轉化率高，液態排渣；裝備國產化率已達90%以上；不產生焦油、萘和酚等廢水，廢水處理相對容易。該技術與固定床技術合理配置用于褐煤、煙煤等多煤種聯合制天然氣，不僅可以合理配煤，還可以資源化廢水、活性污泥等，具有較大優勢。

　　該技術的缺點是：受氣化爐耐火磚襯里的限制，適宜于氣化低灰熔點的煤，成漿性要求高，氧耗高，需配套的空分裝置投資大，不適用褐煤，用于煤制天然氣投資大于固定床氣化技術。

　　水煤漿氣化技術的典型代表有：GE水煤漿加壓氣化技術、康菲石油公司的E-Gas水煤漿氣化技術、華東理工大學的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術、清華大學非熔渣—熔渣氧氣分級氣化技術以及西北化工研究院的多元料漿氣化技術。

　　困境：不合理規劃帶來環境威脅

　　然而，技術先進的現代煤化工也遭遇了環境問題。

　　首先，不合理的布局嚴重威脅環境安全。

　　由于缺乏國家層面的煤化工發展規劃，唯GDP的政績觀促使各地紛紛上馬煤化工，規模之龐大超乎想象。據不完全統計，我國煤（甲醇）制烯烴擬建規模超過3000萬噸/年、煤制天然氣超過2000億立方米/年、煤制油超過3000萬噸/年。除西藏外，西部各地幾乎都已經染指煤化工。據了解，內蒙古全區12個盟市有各級工業園區105家，其中國家級、自治區級的工業園區有45家，僅鄂爾多斯就有14個煤化工基地；陜西榆林市有31個煤化工基地，近5年批復蘭炭7260萬噸、電石360萬噸、煤焦油及其燃料油1140萬噸等。西部各地產品嚴重同質化，缺乏市場競爭力。

　　國家發改委規劃了14個煤炭基地，2012年煤炭產量超過35億噸，已批在建的煤炭產能近12億噸，煤炭總產能將超過46億噸。如此巨量的煤炭產能將進一步刺激煤化工盲目無序的發展。與此同時，黃河流域水資源量與上世紀50年代相比已經減少20%，用水量大幅增加，許多地方竭澤而漁，黃河中上游有河皆枯、有水皆污的現象日趨嚴重，新疆、內蒙古、陜西等地珍貴的地下水已經受到嚴重污染。如此下去，西部脆弱的生態環境必然惡化，生態災難將不是危言聳聽！

　　其次，水資源和納污水體缺乏，進一步加劇環境污染。

　　我國煤炭資源和水資源呈逆向分布，極不均衡。水資源分布以昆侖山—秦嶺—大別山一線為界，以南水資源豐富，占78.6%；以北水資源短缺，僅占21.4%，而煤炭資源占全國的90.1%。特別是黃河中上游的晉陜蒙寧4省區煤炭資源占有量為全國的67%，但水資源僅僅占全國水資源的3.85%，且該區域約40%屬于半干旱地區，人均水資源量還不足黃河流域人均水資源量的一半。同時，黃河流域水資源量不斷減少，取水量大幅增加，煤炭開采破壞地下水資源，粗放式的發展與監管不嚴等造成地下水污染，多種因素疊加將資源性缺水和水質性缺水的態勢進一步演繹，后果難以想象！

　　由于西部煤炭資源區幾乎都位于黃河流域，不僅缺少水資源，還缺乏納污水體。煤化工生產的特點是高溫高壓，必然產生大量的含鹽廢水，無論何種廢水處理技術，鹽是無法降解的。黃河擔負著流域內生活、生產、農業與生態等多種供水需求，目前鹽含量累積已經接近生態紅線，如果再不加以嚴格控制，任由無序布局造成無序排污，導致含鹽量跨越生態紅線，黃河流域的生態環境變化將難以想象！

　　建議：科學發展實現產業治污

　　現代煤化工在技術層面已經可以復制石油化工的產業鏈。如煤制烯烴、芳烴、汽柴油、乙二醇等，尤其是煤制烯烴技術成熟后，具有明顯的成本優勢，加上乙烷丙烷制乙烯丙烯等新工藝，我國固有的煉化一體化已經不具有優勢，有必要重新校正煤炭與石油在一次能源和二次能源中的定位與產業分工。而且煉化一體化的傳統思維，石化行業將優質汽油組分用于生產乙烯等化工產品，使得我國的油品清潔化道路更加困難。

　　因此，基于多方面理由，現代煤化工的重要性與發展意義，有必要從環境保護角度重新評判和定義。科學發展現代煤化工，調整煤炭的利用方式和比例，可以明顯改善環境質量，也可以說現代煤化工是治理大氣環境污染的產業手段。

　　一要從戰略層面論證煤炭的利用方式。煤炭用途為燃料和原料，作為燃料的用量大于80%，而作為原料的用量僅20%。2012年，中國煤炭實物消費量35.51億噸，是美國的4倍左右。有兩個結論可以肯定，一是創造同樣的社會財富可以不用消耗35億噸煤；二是同樣消耗35億噸煤，可以不造成如今這樣的環境污染后果。問題的關鍵就是我們的利用方式和產業布局不合理、不科學！因此，現在無論是產業界還是環保界，很有必要反思我們該如何利用煤炭。煤炭的兩種用途比例顯然不合理，雖然火電技術發展很快，但煤炭在火電（燃料）和煤化工（原料）使用過程中排放的大氣污染物相比較，差距仍然十分明顯，其他燃料用途就更不用說。由此可見，問題很突出，增加煤炭作為原料的比重將顯著改善大氣環境質量。從國家利益出發，在戰略層面充分論證煤炭的利用方式，在弄清楚煤炭作為原料和燃料的配比后，根據環境承載力，才能得到煤炭消費總量的上限。

　　二是資源開發與管理模式有待改進。煤炭開采與利用涉及煤炭資源的管理與配置，西部近十年的資源開發已經暴露諸多問題，尤其是生態環境破壞。大量資金投入的目的是為了占有煤炭資源，地方政府在資源配置上均要求必須就地轉化，由此催生了許多不具備條件的區域盲目上馬發展煤化工，加劇了不合理布局和環境污染。目前，“諸侯經濟”與“全國一盤棋、有序、可持續發展”極其沖突，資源管理模式不適應科學發展要求，各自為政不可能解決環境問題。煤炭資源不應屬于地方所有，必須從國家利益出發，從能源替代、資源、市場、技術、交通、環保等諸多方面，對煤炭資源進行科學統籌規劃、統一調配，實現自然資源用途管制。應摒棄部門和地方的狹隘利益觀，籌劃超越行政區劃界限的大區域經濟，改進財稅分配機制，嚴禁“逢煤必采、逢煤必化”的現象繼續蔓延。盡快出臺煤炭與煤化工的相關政策，有效遏制西部盲目無序局面。

　　三是要由環境決定規劃布局。近10年的實踐表明，煤化工發展布局缺乏科學性，缺乏對環境基本的重視，這種模式已行不通。從已獲得“路條”的16個煤化工項目來看，幾乎都是以廢水“零排放”為前提，然而廢水“零排放”是一個存在諸多未解問題的“偽命題”。迄今為止，國內尚無工程實例。現代煤化工技術已經趨于成熟，具備大規模發展的基礎，但科學合理布局十分關鍵。因此，環保界應該對現代煤化工有客觀準確的認識，提早介入，主導產業布局，積極參與現代煤化工的宏觀決策，不能墨守成規。同時，產業界有必要改變習慣思維，應該由環境來決定布局，以改善環境質量作為發展的正確方向。

　　西部地區的環境特點是生態脆弱，風能和太陽能豐富，土地資源豐富，水資源有限，普遍缺乏納污水體。因此，應該綜合多種資源包括風能和太陽能，在水資源相對豐富、具有納污空間的煤炭資源區，構劃現代煤化工多聯產體系，耦合多行業多產品的超級產業集群，充分利用可再生資源（如獲取氫源等），實現資源最大限度地循環利用。

　　四要改進環境管理模式。煤炭的問題涉及煤礦、火電、煤化工、水資源、交通等多個行業，但目前的環評管理對煤炭涉及的多個行業缺乏統籌考慮，要解決煤炭污染問題，必須抓住源頭，只要不把煤炭挖出來，問題就好解決。現在46億噸的煤炭產能已經嚴重過剩，不能再做加法了，應該停止審批煤礦增產項目！

　　改進現有的管理模式，將煤炭開采與后續的利用結合管理。比如，外運煤炭必須結合交通運能，就地加工必須結合水資源、排污去向等。只要煤炭利用不可行，煤炭就不能開采！除此之外，從環境角度考慮，可以進行煤炭開采與利用的專項戰略環評，劃定煤炭開采禁區、限制區和煤種使用的限制。如褐煤不得遠距離運輸，不宜用于火電，鼓勵高硫煤用于煤化工，特殊煤種保護性開采，地下水資源區的煤炭暫不開采等，煤炭資源的分質高效科學利用是真正最大的環保問題！

　　五是研究制定完善的煤炭開采與利用政策。碳稅政策實施將有可能改變煤炭利用的整體格局。從環境角度考慮，有必要研究制定前瞻性、系統性、長期性的政策，便于產業界盡早考慮產業發展方向。比如，煤化工將硫作為資源回收利用，沒有任何政策支持，而沒有進行資源回收的火電卻有脫硫和脫硝補貼；褐煤與劣質煤的利用、焦爐煤氣放空、高鹽廢水排放、煤灰渣堆存、煤炭中其他元素資源丟棄浪費等，亟須環保方面的政策引導。

　　六要努力實現效益1+1＞3和污染1+1＜0.5。從環保角度分析，單一的現代煤化工雖然屬于煤炭資源利用的先進技術，但真正的優勢是以煤氣化為龍頭的煤基多聯產系統，可以實現煤、電、化、熱、冶、建材等多產業的耦合，循環互補延伸產業鏈，尋求資源能源最大化利用、污染物最小化排放。生產化學品、油品、電、熱、蒸汽、燃氣、建材等能源產品與多行業產品的同時，不僅可以利用不同產品市場需求的差異進行削峰補谷，如電和天然氣，還可以大幅度消減電力、水泥、冶煉、熱力等以煤炭為燃料的重污染行業、民用燃料、車用燃料等污染排放。

　　以煤氣化為龍頭的多聯產系統是龐大的系統性工程，規模大、產業多、投資巨大，單一企業是無法完成的，必須由多個企業拼接方能實現。實際上，循環經濟得以實現的前提必須是規模化經濟，之所以許多實用的綜合利用技術不能被企業所用，主要原因是構不成經濟規模循環產業鏈。比如100萬噸焦化產能可以副產4萬～5萬噸煤焦油和近2億立方米焦爐煤氣，這兩種副產品利用均不夠合理的經濟規模，難以利用。如果建設成產業集群，多種副產品就能夠規模化地配套利用。因此，必須發展現代煤化工多聯產系統，只有這樣的組合才能實現效益1+1＞3、污染1+1＜0.5，實現高碳資源的低碳化利用。

來源：中國化工報

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