我国现代煤化工产业发展环保利弊谈

　　现代煤化工在改善大气环境质量方面具有显著的产业优势，从治理大气污染的角度，应该积极探索利用先进的产业集群模式发展现代煤化工，做到大幅消减煤炭使用量的同时，还能保证经济的正常发展。

作者：环保部环境工程评估中心教授级高级工程师 周学双

陕西煤业化工集团联手中国三峡集团公司斥资200亿元，采用我国自主开发的DMTO-Ⅱ技术，建设的70万吨/年全球首套DMTO-Ⅱ
工业化示范装置目前进入设备安装高峰期，将于今年四季度投产。图为正在建设的DMTO-Ⅱ工业化示范装置。 （姬珺 摄）
 

　　2012年，中国消费煤炭实物总量为35.51亿吨，占全球总消费量的50%左右。截止2009年，我国探明的化石能源资源总量构成中，煤炭资源占化石能源资源总量的96.42%，远大于石油(1.71%)和天然气(1.87%)的资源量。消费量和资源赋存现状的客观事实，决定我国无法回避煤炭的问题。因此，我国不使用煤炭是不可能的！

　　正是煤炭的巨量使用，出现了涉及生存环境的大问题。我国煤炭资源虽然相对丰富，但人均资源占有量也仅占世界平均水平的60%左右，科学合理开发、高效加工转化和最大限度地利用煤炭资源是我们追求的永久目标。

　　现代煤化工在改善大气环境质量方面具有显著的产业优势，从治理大气污染的角度，应该积极探索利用先进的产业集群模式发展现代煤化工，做到大幅消减煤炭使用量的同时，还能保证经济的正常发展。

　  两种煤炭利用方式的大气污染比较

　　煤炭资源的利用方式主要有两种。一是以燃料形式直接利用热能，约占煤炭消耗总量的80%。其中，用于发电用煤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学能，约占20%。其中钢铁用煤近16%，煤化工消耗约5%。

　　与煤炭消费密切相关的大气环境污染物主要包括二氧化硫、氮氧化物、颗粒物(PM)、二氧化碳、重金属(汞、砷)等等。这里以火电和现代煤化工为例，比较两种利用方式的环保利弊。

　　1、二氧化硫

　　火电脱硫(目前95%以上为石灰石-石膏法)，脱硫效率高的可达95%。但花费巨资仅仅改变污染物的形态，只是将二氧化硫从气态转变为固态污染物，需要占用大量土地，还将产生二次污染。煤化工是将硫变成化工原料如硫磺等，且回收率可高达99.5%以上，最终排放量只有火电厂脱硫后的1/20左右，回收的硫磺可有效解决我国硫磺资源的短缺。近几年我国硫磺进口依存度高达70%，进口量保持在1000万吨/年左右，相当于10亿吨规模煤化工(以煤中含硫1%计)的回收量，也相当于2011年全国二氧化硫的排放总量。

　　2、氮氧化物

　　火电补燃用空气(有效氧含量21%)，1400—1500℃高温加上空气中大量的氮气(78%)，增加了氮氧化物的生成和排放。现代煤化工是纯氧气化，没有外来的氮源，且气化过程为还原气氛，不具备合成氮氧化物条件，煤中的氮元素主要转化为氨氮。因此，从来源分析，火电的氮氧化物产生量远高于煤化工。

　　3、固体颗粒物(PM)

　　火电PM的来源主要是有组织的高空烟囱排放、备煤过程低空除尘器排放和无组织地面二次扬尘(煤堆场、渣堆场、灰堆场、转运等)。煤化工生产高温高压，工艺过程基本没有粉尘排放，大部分粉尘均被液相扑集，也不易二次扬尘，PM仅有备煤干燥过程的低空除尘器排放、煤堆场的地面二次扬尘。因此，煤化工的PM产生与排放优势均是火电无法相比的。

　　4、二氧化碳

　　对于同一种煤(煤种从褐煤到无烟煤，含碳量60-98%，假定完全燃烧)，用于火电时，煤中的碳全部转化为二氧化碳。用于煤化工时，煤中的碳部分被固定在产品中，部分转化为二氧化碳排放。根据不同的产品和工艺路线，煤化工二氧化碳排放可比火电降低30—70%。此外，火电排放的二氧化碳浓度低(小于20%)、废气量大，CO2的捕集与封存(CCS)难度大、成本过高。相比之下，煤化工排放的二氧化碳浓度可达到87%-99%，捕集与封存(CCS)的优势十分显著。

　　5、重金属(砷、汞等)

　　根据全国24个省市107个煤矿的煤质测定，砷元素的浓度范围为0.322×10-6-97.8×10-6(以干煤计)，火电虽然经过除尘、脱硫脱硝过程可以扑集部分重金属，仍然有部分重金属排入大气。煤化工工艺过程，80%左右的砷进入灰渣水，20%左右进入煤气。由于砷危害后续工艺，煤气需要净化脱砷，因此，砷等重金属几乎不会排入大气。

　　通过比较分析可以看出，煤化工在大气污染方面的环保优势是火电无法比拟的。除此之外，煤化工多联产还具有火电不具备的调峰调谷优势。因此，发展现代煤化工对于改善环境质量具有不可低估的作用!
 

　　现代煤化工技术的发展现状

　　现代煤化工在我国的发展很迅速，煤制油(煤炭直接液化、间接液化)、煤制烯烃(MTO、MTP)、煤制芳烃、煤制天然气、煤制乙二醇、煤制二甲醚等，均已取得重要成果。除煤制芳烃外，其他工艺均已建成一定规模的工业化示范装置。可以说，我国的现代煤化工技术已经具备规模化发展的基础。

　　除煤炭直接液化外，现代煤化工产业链几乎都是以煤炭气化为工艺源头。因此，煤气化技术是现代煤化工的基础核心。目前，我国已有10多种自主开发和国外引进的煤气化技术，是唯一集合了世界上所有煤气化工艺技术的国家。

　　按炉型划分，煤气化技术类型主要有固定床、流化床、气流床三种。这三种炉型的气化技术在国内几乎都有过应用。目前，业内基本认同固定床和气流床这两种气化技术，流化床已经很少使用。固定床气化炉有常压固定床煤气化炉、碎煤加压气化炉和碎煤加压熔渣气化炉(BGL炉)。气流床分为干煤粉进料和水煤浆进料两大类气化炉。各种气化技术均有其各自的优缺点，对原料煤的品质均有一定的要求，其工艺的先进性、技术成熟程度也有差异。

　　从环保角度分析，我国使用的以固定床和气流床为主流的气化技术，总体上加压纯氧气化技术，环境友好。而常压气化、空气气化技术污染严重，应该予以淘汰。