我國煤基清潔能源發(fā)展?jié)摿摆厔?/h1>
2011-12-04 09:09:14周忠科王立杰
中國煤炭 2011年5期
周忠科 王立杰
(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)管理學(xué)院,北京市海淀區(qū),100083;2.中國神華煤制油化工有限公司,北京市東城區(qū),100011)
我國煤基清潔能源發(fā)展?jié)摿摆厔?/p>
周忠科1,2王立杰1
(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)管理學(xué)院,北京市海淀區(qū),100083;2.中國神華煤制油化工有限公司,北京市東城區(qū),100011)
中國是一個(gè)“富煤、缺油、少氣”的國家,隨著中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對石油資源的需求越來越大,尋求和發(fā)展石油替代品成為解決中國能源安全問題的一個(gè)主要途徑。煤基清潔能源在技術(shù)上逐漸成熟并日趨完善,以煤為基礎(chǔ)延伸產(chǎn)業(yè)鏈,通過氣化和液化生產(chǎn)甲醇、二甲醚、汽油、柴油等產(chǎn)品,發(fā)展前景廣闊,可以緩解中國石油短缺的困難和煤直接燃燒帶來的環(huán)境壓力。
煤基清潔能源 煤制油 發(fā)展?jié)摿?/p>
TD-907
B
我國是一個(gè)“富煤、缺油、少氣”的國家。在世界已探明的化石能源儲量中,我國的煤炭占世界總量的12.6%,石油占1.4%,天然氣占1.2%。全國石油探明可采剩余產(chǎn)量有限,但煤炭資源比較豐富,全國累計(jì)探明煤炭保有儲量超過1萬億t,經(jīng)濟(jì)開采儲量也很可觀。這種化石能源資源的稟賦特點(diǎn)意味著中國能源以煤為主的格局在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)難以改變。充分利用豐富的煤炭資源,發(fā)展煤基潔凈能源產(chǎn)業(yè)對國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)有著深遠(yuǎn)的意義。
1 概述
針對我國石油資源短缺、煤炭相對富足的現(xiàn)狀,發(fā)展煤制油以及煤制甲醇、二甲醚等石油替代品技術(shù),將極大改變我國能源結(jié)構(gòu)的困境,不僅可以減小油品能源的對外依存度,而且還可以減輕對環(huán)境的污染和對石油資源的依賴。
我國傳統(tǒng)煤化工已發(fā)展得比較成熟,發(fā)展空間有限。其中:煤焦化產(chǎn)業(yè)的主產(chǎn)品焦炭主要面向鋼鐵工業(yè),市場局限性很強(qiáng);煤制化肥作為農(nóng)用化工,產(chǎn)品價(jià)格受政策限制,利潤空間有限,而且產(chǎn)能已經(jīng)飽和,屬于典型的過度競爭行業(yè)。傳統(tǒng)煤化工發(fā)展的重點(diǎn)是提升基礎(chǔ)煤化工產(chǎn)品的技術(shù)水平和發(fā)展高附加值的精細(xì)煤化工產(chǎn)品。未來我國煤化工發(fā)展的核心是新型煤化工,其中,煤基清潔能源將是新型煤化工產(chǎn)業(yè)中最具潛力和發(fā)展空間的新型潔凈煤技術(shù)。
2 煤基清潔能源發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h2>
煤基清潔能源主要包括煤制合成油、煤制燃料甲醇、煤制二甲醚和煤制天然氣4種形式。下面從技術(shù)成熟度、與現(xiàn)有能源形式的相似度、能量轉(zhuǎn)換效率、水耗和二氧化碳排放5個(gè)方面來比較這4種煤基清潔能源。與現(xiàn)有能源形式的相似度在很大程度上決定了新能源開拓市場的難度,而能量轉(zhuǎn)換效率在很大程度決定了能源的經(jīng)濟(jì)性。從技術(shù)、市場、經(jīng)濟(jì)、節(jié)水和環(huán)保5個(gè)方面來比較4種基清潔能源見表1。
煤基清潔能源中最具發(fā)展?jié)摿Φ氖敲褐铺烊粴?煤制合成油和煤制二甲醚也具有一定的發(fā)展空間,而甲醇將主要作為化工原料而非燃料。
表1 煤基清潔能源指標(biāo)對照表
2.1 煤制天然氣發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h3>
(1)發(fā)展煤制天然氣的機(jī)遇。從煤基清潔能源指標(biāo)對照表中可以看出:煤制天然氣技術(shù)成熟,能源轉(zhuǎn)化效率最高,單位熱值耗水量和CO2排放量均最低,是煤制能源產(chǎn)品最有效的利用方式,符合國家節(jié)能減排的方針。而且技術(shù)成熟、易得,與礦產(chǎn)天然氣基本相同,可直接補(bǔ)充和替代礦產(chǎn)天然氣。因此,以城市燃?xì)鉃槟繕?biāo)市場,適度發(fā)展煤制天然氣,作為天然氣資源的補(bǔ)充,可以緩解國內(nèi)天然氣供求不足的矛盾。
(2)發(fā)展煤制天然氣的挑戰(zhàn)。發(fā)展煤制天然氣的主要不利條件就是我國天然氣價(jià)格遠(yuǎn)低于國際價(jià)格,而且沒有與國際油價(jià)掛鉤。這主要是因?yàn)槟壳拔覈烊粴膺M(jìn)口主要形式是LNG,進(jìn)口量有限,天然氣市場的進(jìn)口依存度較低,所以天然氣定價(jià)模式仍以國內(nèi)天然氣開采成本為基礎(chǔ),沒有體現(xiàn)天然氣資源的稀缺性溢價(jià)。在當(dāng)前國內(nèi)價(jià)格條件下,煤制天然氣效益不佳,而且也缺乏大型工業(yè)化的煤制天然氣生產(chǎn)裝置。
(3)發(fā)展煤制天然氣的前景。目前在建的西氣東輸二線工程采用土庫曼斯坦天然氣作為氣源,氣源井口價(jià)格與國際油價(jià)掛鉤,西氣東輸二線工程的輸氣量為300億m3(標(biāo)準(zhǔn)),相當(dāng)于2008年國內(nèi)天然氣消費(fèi)量的38%,2011年建成后,我國天然氣的進(jìn)口依存度將大幅上升,我國天然氣定價(jià)將與國際接軌并與國際油價(jià)掛鉤,天然氣價(jià)格預(yù)計(jì)將會上調(diào)。而且,從能源使用比例上,中國的天然氣只占3%,市場發(fā)展空間很大。
因此,預(yù)計(jì)我國煤制天然氣將面臨跨越式發(fā)展的歷史性機(jī)遇。目前大唐、匯能、中海油、神華等多家公司均已開展煤制天然氣項(xiàng)目的前期工作,其中大唐煤制天然氣項(xiàng)目進(jìn)展最快,中海油煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃最為宏偉,并具有系統(tǒng)性。
2.2 煤制合成油的發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h3>
(1)發(fā)展煤制合成油的機(jī)遇。發(fā)展煤制合成油的主要有利條件是煤制合成油與石油基油品的性能基本相同,市場潛力巨大。煤制油是早已經(jīng)實(shí)現(xiàn)過工業(yè)化生產(chǎn)的項(xiàng)目,早在二戰(zhàn)前就已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),上世紀(jì)70年代石油危機(jī)后,完成了多種煤制油新工藝的開發(fā)。近年來我國又對煤直接液化技術(shù)做了很多技術(shù)改進(jìn),一是工業(yè)化流程優(yōu)化;二是設(shè)備大型化;三是催化劑的研究開發(fā)。神華集團(tuán)煤直接液化技術(shù)首次采用合成催化劑技術(shù),達(dá)到國際先進(jìn)水平。
隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和國際油價(jià)上漲,煤制油的相對成本優(yōu)勢更加明顯,煤制油的經(jīng)濟(jì)性得到保證之后,國家相關(guān)規(guī)劃和政策將會鼓勵(lì)發(fā)展,以確保我國的能源安全戰(zhàn)略。
(2)發(fā)展煤制合成油的挑戰(zhàn)。從煤基清潔能源指標(biāo)對照表中可以看出:發(fā)展煤制合成油有3個(gè)主要的不利條件。其一是能源轉(zhuǎn)換率低,這在技術(shù)上決定了煤制合成油的經(jīng)濟(jì)性不佳,也正是因?yàn)檫@個(gè)原因,SASOL公司作為世界上唯一的煤制合成油工業(yè)化生產(chǎn)企業(yè),在南非被解除石油禁運(yùn)后,沒有再建設(shè)煤制合成油裝置,而是大力發(fā)展天然氣化工和石油化工。其二是發(fā)展煤制合成油存在技術(shù)障礙,間接液化的煤制合成油技術(shù)因?yàn)槭荢ASOL公司獨(dú)家擁有,轉(zhuǎn)讓費(fèi)巨高;而國內(nèi)間接液化技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,潞安集團(tuán)、伊泰集團(tuán)已采用中科院山西煤化所技術(shù)建設(shè)了兩套16萬t/a生產(chǎn)裝置,但離實(shí)現(xiàn)百萬噸級工業(yè)化生產(chǎn)還有相當(dāng)?shù)木嚯x,直接液化的煤制合成油技術(shù)目前尚處于工業(yè)化示范階段;煤制油技術(shù)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境優(yōu)勢,只有在實(shí)現(xiàn)大型化、規(guī)?；?、集約化生產(chǎn)條件下才能顯示出來。其三是資源投入高,煤制油項(xiàng)目投資非常巨大,1萬t煤制油要投資1億元,而傳統(tǒng)制油項(xiàng)目1萬t僅需投資1200萬元;中國現(xiàn)在規(guī)劃的煤制油項(xiàng)目規(guī)模將超過3000萬t以上,按4～5 t煤制1 t油計(jì)算,至少需要1.2～1.5億t煤炭;煤炭間接液化合成1 t油要消耗10～12 t水,一些大型煤化工項(xiàng)目和基地規(guī)劃中對水資源供應(yīng)的考慮明顯不夠。
(3)發(fā)展煤制合成油的前景。由于國際石油價(jià)格高位運(yùn)行以及石油的稀缺性,國際原油價(jià)格的持續(xù)上漲將進(jìn)一步擴(kuò)大煤制油等替代品的利潤空間。但是,我國煤炭資源與水資源呈逆向分布,根據(jù)2007年出臺的《煤炭產(chǎn)業(yè)政策》規(guī)定,要在水資源充足、煤炭資源富集地區(qū)適度發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè),同時(shí)考慮環(huán)境容量要求,貴州地區(qū)、內(nèi)蒙古呼倫貝爾、山西晉東南地區(qū)等比較適合發(fā)展煤制油產(chǎn)業(yè)。
預(yù)計(jì)在“十二五”期間國內(nèi)煤制合成油的工業(yè)化生產(chǎn)也將限于神華集團(tuán)的相關(guān)獨(dú)資和合資項(xiàng)目,規(guī)模有限。其它煤制合成油項(xiàng)目因技術(shù)原因短期內(nèi)仍難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。相對于我國2010年原油進(jìn)口量2.4億t而言,煤制油項(xiàng)目在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)對國內(nèi)市場格局影響不大。但由于我國原油進(jìn)口依存度在55%左右,煤制油作為國家應(yīng)對不時(shí)之需的戰(zhàn)略性技術(shù)儲備是非常必要的。
2.3 煤制燃料甲醇發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h3>
(1)發(fā)展煤制燃料甲醇的機(jī)遇。發(fā)展煤制燃料甲醇的有利條件主要是技術(shù)成熟而且已有一定的產(chǎn)業(yè)和市場基礎(chǔ)。
(2)發(fā)展煤制燃料甲醇的挑戰(zhàn)。發(fā)展煤制燃料甲醇的不利條件主要是市場空間有限而且市場環(huán)境極不規(guī)范,甲醇燃料的國家標(biāo)準(zhǔn)也沒有出臺。國內(nèi)甲醇生產(chǎn)能力過剩,2010年開工率維持在50%。
在不對汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)等進(jìn)行大的改造的前提下,甲醇在汽油中的摻加量不能超過15%,市場容量有限。而且目前燃料甲醇市場極不規(guī)范,不利于燃料甲醇的進(jìn)一步發(fā)展。如果規(guī)范摻加應(yīng)參考熱值計(jì)價(jià),而甲醇的熱值僅約為汽油的一半,而違規(guī)摻加是以體積計(jì)價(jià)。正因?yàn)槿绱?即使在燃料甲醇的試點(diǎn)省份,企業(yè)也對成為燃料甲醇試點(diǎn)企業(yè)缺乏積極性。
(3)發(fā)展煤制燃料甲醇的前景。基于以上分析,燃料甲醇發(fā)展前景不容樂觀。未來甲醇的發(fā)展定位主要是化工原料而非燃料,甲醇未來主要用于生產(chǎn)烯烴、二甲醚、醋酸、聚甲醛等下游產(chǎn)品。
2.4 煤制二甲醚發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h3>
(1)發(fā)展煤制二甲醚的機(jī)遇。發(fā)展煤制二甲醚的有利條件與燃料甲醇類似,主要是技術(shù)成熟而且已有一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和市場基礎(chǔ)。另外,2007年10月出臺了《城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚酌选樊a(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),其在民用燃料領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成熟,車用燃料領(lǐng)域的應(yīng)用將在政策的引導(dǎo)下有序推進(jìn)
(2)發(fā)展煤制燃料甲醇的挑戰(zhàn)。發(fā)展煤制燃料甲醇的不利條件也與甲醇類似,即市場容量有限。從理論上講,二甲醚有兩個(gè)主要用途,一是補(bǔ)充和替代液化石油氣作為民用燃料,二是替代柴油作為車用燃料,但因?yàn)槎酌雅c柴油的物化性能差距太大,需要全新的使用(汽車)、運(yùn)輸、倉儲、供應(yīng)系統(tǒng)(加氣站),市場推廣難度較大。因此,二甲醚的實(shí)際用途主要是補(bǔ)充和替代液化石油氣作為民用燃料,但目前比較可行的摻加比例僅為10%～20%,市場容量有限。
(3)發(fā)展煤制二甲醚的前景。綜合以上考慮,由于目前二甲醚的民用標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺,并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于城市燃?xì)忸I(lǐng)域,預(yù)計(jì)二甲醚將會得到適度發(fā)展,主要目標(biāo)市場定位是補(bǔ)充液化石油氣的供應(yīng)不足。
3 煤基清潔能源相關(guān)政策解析
《我國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展十二五規(guī)劃綱要》提出,推進(jìn)能源多元清潔發(fā)展,有序開展煤制天然氣、煤制液體燃料和煤基多聯(lián)產(chǎn)研發(fā)示范,穩(wěn)步推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展;優(yōu)化能源開發(fā)布局,統(tǒng)籌規(guī)劃全國能源開發(fā)布局和建設(shè)重點(diǎn),建設(shè)山西、鄂爾多斯盆地、內(nèi)蒙古東部地區(qū)、西南地區(qū)和新疆五大國家綜合能源基地;提高能源就地加工轉(zhuǎn)化水平,減少一次能源大規(guī)模長距離輸送壓力。
(1)規(guī)劃布局與產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)。鼓勵(lì)煤炭后備資源豐富地區(qū)發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè),合理規(guī)劃煤炭調(diào)出區(qū),限制煤炭調(diào)入?yún)^(qū),但可用本地高硫煤和低質(zhì)煤為原料建設(shè)煤化工項(xiàng)目,根據(jù)市場需求發(fā)展煤化工二次加工產(chǎn)品。
根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和市場供求情況,穩(wěn)步發(fā)展煤制油品、甲醇、二甲醚、烯烴、天然氣等石油替代產(chǎn)品;煤炭液化技術(shù)將首先建設(shè)示范工程,待取得成功后再推廣。
(2)資源使用政策。我國實(shí)行煤炭資源分類使用和優(yōu)化配置政策。褐煤和煤化程度較低的煙煤優(yōu)先用于煤炭直接液化,具有良好氣化性能的煤炭資源優(yōu)先用于煤炭間接液化和煤氣化產(chǎn)品生產(chǎn),高硫煤優(yōu)先用于煤氣化工業(yè)。
煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展需“量水而行”。嚴(yán)禁在飲用水源保護(hù)區(qū)并嚴(yán)格控制缺水地區(qū)高耗水煤化工項(xiàng)目的建設(shè);鼓勵(lì)采用廢水制漿、空氣冷卻等節(jié)水型技術(shù)。
(3)技術(shù)裝備政策。對于煤氣化技術(shù),鼓勵(lì)采用先進(jìn)煤氣化技術(shù)新建和改造現(xiàn)有煤氣化裝置;鼓勵(lì)采用新型凈化和合成等技術(shù)進(jìn)行節(jié)能降耗技術(shù)改造;鼓勵(lì)采用循環(huán)流化床鍋爐,建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)和能源梯級利用動力系統(tǒng),提高能源利用效率。
對于自有知識產(chǎn)權(quán),鼓勵(lì)采用國內(nèi)自主開發(fā)的大型煤氣化、大型甲醇合成、二甲醚合成、煤制油、甲醇制烯烴等具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。
(4)投資管理政策。煤化工項(xiàng)目將實(shí)行核準(zhǔn)制和備案制。新建煤化工項(xiàng)目應(yīng)達(dá)到合理的經(jīng)濟(jì)規(guī)模,如:甲醇和二甲醚項(xiàng)目規(guī)模達(dá)到100萬t/a,煤制烯烴項(xiàng)目達(dá)到60萬t/a,煤制油項(xiàng)目達(dá)到300萬t/a。
(5)中長期發(fā)展目標(biāo)。我國煤化工發(fā)展的總目標(biāo)是利用我國優(yōu)勢煤炭資源,生產(chǎn)石油替代產(chǎn)品。近期重點(diǎn)要緩解車用液體燃料供應(yīng)短缺矛盾,發(fā)展具有競爭能力的煤原料路線石油化工產(chǎn)品,適當(dāng)減少石油的進(jìn)口依存度。長遠(yuǎn)要在煤炭資源產(chǎn)地建設(shè)煤化工生產(chǎn)基地,實(shí)施石油接替能源的戰(zhàn)略儲備。
4 神華集團(tuán)煤基潔凈能源發(fā)展的實(shí)踐
2003年6月,神華集團(tuán)成立了中國神華煤制油有限公司,統(tǒng)一負(fù)責(zé)煤化工項(xiàng)目的技術(shù)開發(fā)、建設(shè)管理和生產(chǎn)經(jīng)營,開始正式進(jìn)入煤化工業(yè)務(wù)領(lǐng)域。經(jīng)過幾年來的發(fā)展,神華集團(tuán)已擁有了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的直接液化煤制油技術(shù),并且在7個(gè)已建或擬建礦區(qū)附近規(guī)劃了14個(gè)煤化工項(xiàng)目。
神華集團(tuán)煤直接液化項(xiàng)目分兩期工程實(shí)施。其中一期工程總投資為245億元,建成后將年產(chǎn)各種油品320萬t。二期工程建成后將年產(chǎn)各種油品280萬t。建設(shè)的第一條生產(chǎn)線,煤直接液化示范項(xiàng)目總投資123億元,建成投產(chǎn)后每年用煤量345萬t,可生產(chǎn)各種油品108萬t。該工程位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗上灣鎮(zhèn),是神東煤田所在地,擁有豐富的煤炭資源。項(xiàng)目采用的工藝技術(shù)幾經(jīng)優(yōu)化,先期工程采用自主研發(fā)的煤直接液化技術(shù)。這一技術(shù)吸收了國外先進(jìn)的煤直接液化工藝的優(yōu)點(diǎn),結(jié)合了我國自主開發(fā)的“863”高效催化劑。主要工藝流程由煤液化、液化油提質(zhì)加工和制氫三大部分組成。專家認(rèn)為,中國神華煤直接液化技術(shù)在工藝穩(wěn)定性、油收率和相同反應(yīng)器最大處理能力等方面,均優(yōu)于國外類似煤直接液化工藝,其綜合技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。
神華煤直接液化示范工程于2005年4月開工建設(shè),2008年5月全部建成。2008年12月30日,煤直接液化示范項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)首次投料試車。截至2010年6月30日,示范工程累計(jì)投煤運(yùn)轉(zhuǎn)5次,累計(jì)投煤時(shí)間達(dá)到4182 h,生產(chǎn)成品油和其他化工產(chǎn)品442653 t。
神華煤直接液化示范工程是我國實(shí)施能源安全戰(zhàn)略的一項(xiàng)重要工程,是世界首套煤直接液化技術(shù)工業(yè)規(guī)模裝置,是我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)化示范工程。
5 結(jié)論
目前,國內(nèi)眾多煤炭企業(yè)和產(chǎn)煤地區(qū)為把資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢,已紛紛將建設(shè)新型煤化工作為企業(yè)和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略方向,并正在加緊實(shí)施煤化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,走新型工業(yè)化道路?？傮w而言,中國新型煤化工行業(yè)尚處于發(fā)展初期,產(chǎn)業(yè)技術(shù)涉及煤炭、化工、石油、技術(shù)裝備等多個(gè)領(lǐng)域,建設(shè)投資大、技術(shù)密集。因此,國內(nèi)大型煤炭企業(yè)集團(tuán)是新型煤化工發(fā)展的主體,煤基清潔能源將未來極具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè),在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中將發(fā)揮越來越重要的作用。
[1] 郭樹才.煤化工工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006
[2] 張玉卓.神華現(xiàn)代煤制油化工工程建設(shè)與運(yùn)營實(shí)踐[J].煤炭學(xué)報(bào),2011(2)
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Development potentiality and tendency of coal-derived clean energy in China
Zhou Zhongke1,2,Wang Lijie1
(1.School of Management of China University of Mining and Technology(Beijing),Haidian,Beijing 100083,China;2.China Shenhua Coal to Liquid and Chemical Co.,Ltd.,Dongcheng,Beijing 100011,China)
China is a country with abundant coal,absent petroleum and lean natural gas.With rapid development of the industry economy,the petroleum demand will increase more and more.Searching and developing substitutes of petroleum are main methods because of very great petrolem consumption in China,witch solve the Chinese energy security problem.With gasifying and liquefying coal,we can produce methanol,dimethyl ether,gasoline and diesel oil.The technologies of coal-derived clean energy are gradually improved and getting pefect.It can solve the difficulty of petroleum scarcity in China and relax the environmental tension brought by directly burning of coal.
coal-derived clean energy,coal-to-oil,development potentiality
周忠科(1974-),男,漢族,河北省邢臺人,在讀博士研究生,現(xiàn)在中國神華煤制油化工有限公司工作。
(責(zé)任編輯 張大鵬)
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周忠科 王立杰
(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)管理學(xué)院,北京市海淀區(qū),100083;2.中國神華煤制油化工有限公司,北京市東城區(qū),100011)
我國煤基清潔能源發(fā)展?jié)摿摆厔?/p>
周忠科1,2王立杰1
(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)管理學(xué)院,北京市海淀區(qū),100083;2.中國神華煤制油化工有限公司,北京市東城區(qū),100011)
中國是一個(gè)“富煤、缺油、少氣”的國家,隨著中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對石油資源的需求越來越大,尋求和發(fā)展石油替代品成為解決中國能源安全問題的一個(gè)主要途徑。煤基清潔能源在技術(shù)上逐漸成熟并日趨完善,以煤為基礎(chǔ)延伸產(chǎn)業(yè)鏈,通過氣化和液化生產(chǎn)甲醇、二甲醚、汽油、柴油等產(chǎn)品,發(fā)展前景廣闊,可以緩解中國石油短缺的困難和煤直接燃燒帶來的環(huán)境壓力。
煤基清潔能源 煤制油 發(fā)展?jié)摿?/p>
TD-907
B
我國是一個(gè)“富煤、缺油、少氣”的國家。在世界已探明的化石能源儲量中,我國的煤炭占世界總量的12.6%,石油占1.4%,天然氣占1.2%。全國石油探明可采剩余產(chǎn)量有限,但煤炭資源比較豐富,全國累計(jì)探明煤炭保有儲量超過1萬億t,經(jīng)濟(jì)開采儲量也很可觀。這種化石能源資源的稟賦特點(diǎn)意味著中國能源以煤為主的格局在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)難以改變。充分利用豐富的煤炭資源,發(fā)展煤基潔凈能源產(chǎn)業(yè)對國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)有著深遠(yuǎn)的意義。
1 概述
針對我國石油資源短缺、煤炭相對富足的現(xiàn)狀,發(fā)展煤制油以及煤制甲醇、二甲醚等石油替代品技術(shù),將極大改變我國能源結(jié)構(gòu)的困境,不僅可以減小油品能源的對外依存度,而且還可以減輕對環(huán)境的污染和對石油資源的依賴。
我國傳統(tǒng)煤化工已發(fā)展得比較成熟,發(fā)展空間有限。其中:煤焦化產(chǎn)業(yè)的主產(chǎn)品焦炭主要面向鋼鐵工業(yè),市場局限性很強(qiáng);煤制化肥作為農(nóng)用化工,產(chǎn)品價(jià)格受政策限制,利潤空間有限,而且產(chǎn)能已經(jīng)飽和,屬于典型的過度競爭行業(yè)。傳統(tǒng)煤化工發(fā)展的重點(diǎn)是提升基礎(chǔ)煤化工產(chǎn)品的技術(shù)水平和發(fā)展高附加值的精細(xì)煤化工產(chǎn)品。未來我國煤化工發(fā)展的核心是新型煤化工,其中,煤基清潔能源將是新型煤化工產(chǎn)業(yè)中最具潛力和發(fā)展空間的新型潔凈煤技術(shù)。
2 煤基清潔能源發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h2>
煤基清潔能源主要包括煤制合成油、煤制燃料甲醇、煤制二甲醚和煤制天然氣4種形式。下面從技術(shù)成熟度、與現(xiàn)有能源形式的相似度、能量轉(zhuǎn)換效率、水耗和二氧化碳排放5個(gè)方面來比較這4種煤基清潔能源。與現(xiàn)有能源形式的相似度在很大程度上決定了新能源開拓市場的難度,而能量轉(zhuǎn)換效率在很大程度決定了能源的經(jīng)濟(jì)性。從技術(shù)、市場、經(jīng)濟(jì)、節(jié)水和環(huán)保5個(gè)方面來比較4種基清潔能源見表1。
煤基清潔能源中最具發(fā)展?jié)摿Φ氖敲褐铺烊粴?煤制合成油和煤制二甲醚也具有一定的發(fā)展空間,而甲醇將主要作為化工原料而非燃料。
表1 煤基清潔能源指標(biāo)對照表
2.1 煤制天然氣發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h3>
(1)發(fā)展煤制天然氣的機(jī)遇。從煤基清潔能源指標(biāo)對照表中可以看出:煤制天然氣技術(shù)成熟,能源轉(zhuǎn)化效率最高,單位熱值耗水量和CO2排放量均最低,是煤制能源產(chǎn)品最有效的利用方式,符合國家節(jié)能減排的方針。而且技術(shù)成熟、易得,與礦產(chǎn)天然氣基本相同,可直接補(bǔ)充和替代礦產(chǎn)天然氣。因此,以城市燃?xì)鉃槟繕?biāo)市場,適度發(fā)展煤制天然氣,作為天然氣資源的補(bǔ)充,可以緩解國內(nèi)天然氣供求不足的矛盾。
(2)發(fā)展煤制天然氣的挑戰(zhàn)。發(fā)展煤制天然氣的主要不利條件就是我國天然氣價(jià)格遠(yuǎn)低于國際價(jià)格,而且沒有與國際油價(jià)掛鉤。這主要是因?yàn)槟壳拔覈烊粴膺M(jìn)口主要形式是LNG,進(jìn)口量有限,天然氣市場的進(jìn)口依存度較低,所以天然氣定價(jià)模式仍以國內(nèi)天然氣開采成本為基礎(chǔ),沒有體現(xiàn)天然氣資源的稀缺性溢價(jià)。在當(dāng)前國內(nèi)價(jià)格條件下,煤制天然氣效益不佳,而且也缺乏大型工業(yè)化的煤制天然氣生產(chǎn)裝置。
(3)發(fā)展煤制天然氣的前景。目前在建的西氣東輸二線工程采用土庫曼斯坦天然氣作為氣源,氣源井口價(jià)格與國際油價(jià)掛鉤,西氣東輸二線工程的輸氣量為300億m3(標(biāo)準(zhǔn)),相當(dāng)于2008年國內(nèi)天然氣消費(fèi)量的38%,2011年建成后,我國天然氣的進(jìn)口依存度將大幅上升,我國天然氣定價(jià)將與國際接軌并與國際油價(jià)掛鉤,天然氣價(jià)格預(yù)計(jì)將會上調(diào)。而且,從能源使用比例上,中國的天然氣只占3%,市場發(fā)展空間很大。
因此,預(yù)計(jì)我國煤制天然氣將面臨跨越式發(fā)展的歷史性機(jī)遇。目前大唐、匯能、中海油、神華等多家公司均已開展煤制天然氣項(xiàng)目的前期工作,其中大唐煤制天然氣項(xiàng)目進(jìn)展最快,中海油煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃最為宏偉,并具有系統(tǒng)性。
2.2 煤制合成油的發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h3>
(1)發(fā)展煤制合成油的機(jī)遇。發(fā)展煤制合成油的主要有利條件是煤制合成油與石油基油品的性能基本相同,市場潛力巨大。煤制油是早已經(jīng)實(shí)現(xiàn)過工業(yè)化生產(chǎn)的項(xiàng)目,早在二戰(zhàn)前就已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),上世紀(jì)70年代石油危機(jī)后,完成了多種煤制油新工藝的開發(fā)。近年來我國又對煤直接液化技術(shù)做了很多技術(shù)改進(jìn),一是工業(yè)化流程優(yōu)化;二是設(shè)備大型化;三是催化劑的研究開發(fā)。神華集團(tuán)煤直接液化技術(shù)首次采用合成催化劑技術(shù),達(dá)到國際先進(jìn)水平。
隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和國際油價(jià)上漲,煤制油的相對成本優(yōu)勢更加明顯,煤制油的經(jīng)濟(jì)性得到保證之后,國家相關(guān)規(guī)劃和政策將會鼓勵(lì)發(fā)展,以確保我國的能源安全戰(zhàn)略。
(2)發(fā)展煤制合成油的挑戰(zhàn)。從煤基清潔能源指標(biāo)對照表中可以看出:發(fā)展煤制合成油有3個(gè)主要的不利條件。其一是能源轉(zhuǎn)換率低,這在技術(shù)上決定了煤制合成油的經(jīng)濟(jì)性不佳,也正是因?yàn)檫@個(gè)原因,SASOL公司作為世界上唯一的煤制合成油工業(yè)化生產(chǎn)企業(yè),在南非被解除石油禁運(yùn)后,沒有再建設(shè)煤制合成油裝置,而是大力發(fā)展天然氣化工和石油化工。其二是發(fā)展煤制合成油存在技術(shù)障礙,間接液化的煤制合成油技術(shù)因?yàn)槭荢ASOL公司獨(dú)家擁有,轉(zhuǎn)讓費(fèi)巨高;而國內(nèi)間接液化技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,潞安集團(tuán)、伊泰集團(tuán)已采用中科院山西煤化所技術(shù)建設(shè)了兩套16萬t/a生產(chǎn)裝置,但離實(shí)現(xiàn)百萬噸級工業(yè)化生產(chǎn)還有相當(dāng)?shù)木嚯x,直接液化的煤制合成油技術(shù)目前尚處于工業(yè)化示范階段;煤制油技術(shù)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境優(yōu)勢,只有在實(shí)現(xiàn)大型化、規(guī)?；?、集約化生產(chǎn)條件下才能顯示出來。其三是資源投入高,煤制油項(xiàng)目投資非常巨大,1萬t煤制油要投資1億元,而傳統(tǒng)制油項(xiàng)目1萬t僅需投資1200萬元;中國現(xiàn)在規(guī)劃的煤制油項(xiàng)目規(guī)模將超過3000萬t以上,按4～5 t煤制1 t油計(jì)算,至少需要1.2～1.5億t煤炭;煤炭間接液化合成1 t油要消耗10～12 t水,一些大型煤化工項(xiàng)目和基地規(guī)劃中對水資源供應(yīng)的考慮明顯不夠。
(3)發(fā)展煤制合成油的前景。由于國際石油價(jià)格高位運(yùn)行以及石油的稀缺性,國際原油價(jià)格的持續(xù)上漲將進(jìn)一步擴(kuò)大煤制油等替代品的利潤空間。但是,我國煤炭資源與水資源呈逆向分布,根據(jù)2007年出臺的《煤炭產(chǎn)業(yè)政策》規(guī)定,要在水資源充足、煤炭資源富集地區(qū)適度發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè),同時(shí)考慮環(huán)境容量要求,貴州地區(qū)、內(nèi)蒙古呼倫貝爾、山西晉東南地區(qū)等比較適合發(fā)展煤制油產(chǎn)業(yè)。
預(yù)計(jì)在“十二五”期間國內(nèi)煤制合成油的工業(yè)化生產(chǎn)也將限于神華集團(tuán)的相關(guān)獨(dú)資和合資項(xiàng)目,規(guī)模有限。其它煤制合成油項(xiàng)目因技術(shù)原因短期內(nèi)仍難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。相對于我國2010年原油進(jìn)口量2.4億t而言,煤制油項(xiàng)目在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)對國內(nèi)市場格局影響不大。但由于我國原油進(jìn)口依存度在55%左右,煤制油作為國家應(yīng)對不時(shí)之需的戰(zhàn)略性技術(shù)儲備是非常必要的。
2.3 煤制燃料甲醇發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h3>
(1)發(fā)展煤制燃料甲醇的機(jī)遇。發(fā)展煤制燃料甲醇的有利條件主要是技術(shù)成熟而且已有一定的產(chǎn)業(yè)和市場基礎(chǔ)。
(2)發(fā)展煤制燃料甲醇的挑戰(zhàn)。發(fā)展煤制燃料甲醇的不利條件主要是市場空間有限而且市場環(huán)境極不規(guī)范,甲醇燃料的國家標(biāo)準(zhǔn)也沒有出臺。國內(nèi)甲醇生產(chǎn)能力過剩,2010年開工率維持在50%。
在不對汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)等進(jìn)行大的改造的前提下,甲醇在汽油中的摻加量不能超過15%,市場容量有限。而且目前燃料甲醇市場極不規(guī)范,不利于燃料甲醇的進(jìn)一步發(fā)展。如果規(guī)范摻加應(yīng)參考熱值計(jì)價(jià),而甲醇的熱值僅約為汽油的一半,而違規(guī)摻加是以體積計(jì)價(jià)。正因?yàn)槿绱?即使在燃料甲醇的試點(diǎn)省份,企業(yè)也對成為燃料甲醇試點(diǎn)企業(yè)缺乏積極性。
(3)發(fā)展煤制燃料甲醇的前景。基于以上分析,燃料甲醇發(fā)展前景不容樂觀。未來甲醇的發(fā)展定位主要是化工原料而非燃料,甲醇未來主要用于生產(chǎn)烯烴、二甲醚、醋酸、聚甲醛等下游產(chǎn)品。
2.4 煤制二甲醚發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h3>
(1)發(fā)展煤制二甲醚的機(jī)遇。發(fā)展煤制二甲醚的有利條件與燃料甲醇類似,主要是技術(shù)成熟而且已有一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和市場基礎(chǔ)。另外,2007年10月出臺了《城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚酌选樊a(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),其在民用燃料領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成熟,車用燃料領(lǐng)域的應(yīng)用將在政策的引導(dǎo)下有序推進(jìn)
(2)發(fā)展煤制燃料甲醇的挑戰(zhàn)。發(fā)展煤制燃料甲醇的不利條件也與甲醇類似,即市場容量有限。從理論上講,二甲醚有兩個(gè)主要用途,一是補(bǔ)充和替代液化石油氣作為民用燃料,二是替代柴油作為車用燃料,但因?yàn)槎酌雅c柴油的物化性能差距太大,需要全新的使用(汽車)、運(yùn)輸、倉儲、供應(yīng)系統(tǒng)(加氣站),市場推廣難度較大。因此,二甲醚的實(shí)際用途主要是補(bǔ)充和替代液化石油氣作為民用燃料,但目前比較可行的摻加比例僅為10%～20%,市場容量有限。
(3)發(fā)展煤制二甲醚的前景。綜合以上考慮,由于目前二甲醚的民用標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺,并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于城市燃?xì)忸I(lǐng)域,預(yù)計(jì)二甲醚將會得到適度發(fā)展,主要目標(biāo)市場定位是補(bǔ)充液化石油氣的供應(yīng)不足。
3 煤基清潔能源相關(guān)政策解析
《我國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展十二五規(guī)劃綱要》提出,推進(jìn)能源多元清潔發(fā)展,有序開展煤制天然氣、煤制液體燃料和煤基多聯(lián)產(chǎn)研發(fā)示范,穩(wěn)步推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展;優(yōu)化能源開發(fā)布局,統(tǒng)籌規(guī)劃全國能源開發(fā)布局和建設(shè)重點(diǎn),建設(shè)山西、鄂爾多斯盆地、內(nèi)蒙古東部地區(qū)、西南地區(qū)和新疆五大國家綜合能源基地;提高能源就地加工轉(zhuǎn)化水平,減少一次能源大規(guī)模長距離輸送壓力。
(1)規(guī)劃布局與產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)。鼓勵(lì)煤炭后備資源豐富地區(qū)發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè),合理規(guī)劃煤炭調(diào)出區(qū),限制煤炭調(diào)入?yún)^(qū),但可用本地高硫煤和低質(zhì)煤為原料建設(shè)煤化工項(xiàng)目,根據(jù)市場需求發(fā)展煤化工二次加工產(chǎn)品。
根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和市場供求情況,穩(wěn)步發(fā)展煤制油品、甲醇、二甲醚、烯烴、天然氣等石油替代產(chǎn)品;煤炭液化技術(shù)將首先建設(shè)示范工程,待取得成功后再推廣。
(2)資源使用政策。我國實(shí)行煤炭資源分類使用和優(yōu)化配置政策。褐煤和煤化程度較低的煙煤優(yōu)先用于煤炭直接液化,具有良好氣化性能的煤炭資源優(yōu)先用于煤炭間接液化和煤氣化產(chǎn)品生產(chǎn),高硫煤優(yōu)先用于煤氣化工業(yè)。
煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展需“量水而行”。嚴(yán)禁在飲用水源保護(hù)區(qū)并嚴(yán)格控制缺水地區(qū)高耗水煤化工項(xiàng)目的建設(shè);鼓勵(lì)采用廢水制漿、空氣冷卻等節(jié)水型技術(shù)。
(3)技術(shù)裝備政策。對于煤氣化技術(shù),鼓勵(lì)采用先進(jìn)煤氣化技術(shù)新建和改造現(xiàn)有煤氣化裝置;鼓勵(lì)采用新型凈化和合成等技術(shù)進(jìn)行節(jié)能降耗技術(shù)改造;鼓勵(lì)采用循環(huán)流化床鍋爐,建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)和能源梯級利用動力系統(tǒng),提高能源利用效率。
對于自有知識產(chǎn)權(quán),鼓勵(lì)采用國內(nèi)自主開發(fā)的大型煤氣化、大型甲醇合成、二甲醚合成、煤制油、甲醇制烯烴等具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。
(4)投資管理政策。煤化工項(xiàng)目將實(shí)行核準(zhǔn)制和備案制。新建煤化工項(xiàng)目應(yīng)達(dá)到合理的經(jīng)濟(jì)規(guī)模,如:甲醇和二甲醚項(xiàng)目規(guī)模達(dá)到100萬t/a,煤制烯烴項(xiàng)目達(dá)到60萬t/a,煤制油項(xiàng)目達(dá)到300萬t/a。
(5)中長期發(fā)展目標(biāo)。我國煤化工發(fā)展的總目標(biāo)是利用我國優(yōu)勢煤炭資源,生產(chǎn)石油替代產(chǎn)品。近期重點(diǎn)要緩解車用液體燃料供應(yīng)短缺矛盾,發(fā)展具有競爭能力的煤原料路線石油化工產(chǎn)品,適當(dāng)減少石油的進(jìn)口依存度。長遠(yuǎn)要在煤炭資源產(chǎn)地建設(shè)煤化工生產(chǎn)基地,實(shí)施石油接替能源的戰(zhàn)略儲備。
4 神華集團(tuán)煤基潔凈能源發(fā)展的實(shí)踐
2003年6月,神華集團(tuán)成立了中國神華煤制油有限公司,統(tǒng)一負(fù)責(zé)煤化工項(xiàng)目的技術(shù)開發(fā)、建設(shè)管理和生產(chǎn)經(jīng)營,開始正式進(jìn)入煤化工業(yè)務(wù)領(lǐng)域。經(jīng)過幾年來的發(fā)展,神華集團(tuán)已擁有了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的直接液化煤制油技術(shù),并且在7個(gè)已建或擬建礦區(qū)附近規(guī)劃了14個(gè)煤化工項(xiàng)目。
神華集團(tuán)煤直接液化項(xiàng)目分兩期工程實(shí)施。其中一期工程總投資為245億元,建成后將年產(chǎn)各種油品320萬t。二期工程建成后將年產(chǎn)各種油品280萬t。建設(shè)的第一條生產(chǎn)線,煤直接液化示范項(xiàng)目總投資123億元,建成投產(chǎn)后每年用煤量345萬t,可生產(chǎn)各種油品108萬t。該工程位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗上灣鎮(zhèn),是神東煤田所在地,擁有豐富的煤炭資源。項(xiàng)目采用的工藝技術(shù)幾經(jīng)優(yōu)化,先期工程采用自主研發(fā)的煤直接液化技術(shù)。這一技術(shù)吸收了國外先進(jìn)的煤直接液化工藝的優(yōu)點(diǎn),結(jié)合了我國自主開發(fā)的“863”高效催化劑。主要工藝流程由煤液化、液化油提質(zhì)加工和制氫三大部分組成。專家認(rèn)為,中國神華煤直接液化技術(shù)在工藝穩(wěn)定性、油收率和相同反應(yīng)器最大處理能力等方面,均優(yōu)于國外類似煤直接液化工藝,其綜合技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。
神華煤直接液化示范工程于2005年4月開工建設(shè),2008年5月全部建成。2008年12月30日,煤直接液化示范項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)首次投料試車。截至2010年6月30日,示范工程累計(jì)投煤運(yùn)轉(zhuǎn)5次,累計(jì)投煤時(shí)間達(dá)到4182 h,生產(chǎn)成品油和其他化工產(chǎn)品442653 t。
神華煤直接液化示范工程是我國實(shí)施能源安全戰(zhàn)略的一項(xiàng)重要工程,是世界首套煤直接液化技術(shù)工業(yè)規(guī)模裝置,是我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)化示范工程。
5 結(jié)論
目前,國內(nèi)眾多煤炭企業(yè)和產(chǎn)煤地區(qū)為把資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢,已紛紛將建設(shè)新型煤化工作為企業(yè)和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略方向,并正在加緊實(shí)施煤化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,走新型工業(yè)化道路?？傮w而言,中國新型煤化工行業(yè)尚處于發(fā)展初期,產(chǎn)業(yè)技術(shù)涉及煤炭、化工、石油、技術(shù)裝備等多個(gè)領(lǐng)域,建設(shè)投資大、技術(shù)密集。因此,國內(nèi)大型煤炭企業(yè)集團(tuán)是新型煤化工發(fā)展的主體,煤基清潔能源將未來極具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè),在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中將發(fā)揮越來越重要的作用。
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[3] 吳春來.南非SASOL的煤炭間接液化技術(shù)[J].煤化工,2003(2)
Development potentiality and tendency of coal-derived clean energy in China
Zhou Zhongke1,2,Wang Lijie1
(1.School of Management of China University of Mining and Technology(Beijing),Haidian,Beijing 100083,China;2.China Shenhua Coal to Liquid and Chemical Co.,Ltd.,Dongcheng,Beijing 100011,China)
China is a country with abundant coal,absent petroleum and lean natural gas.With rapid development of the industry economy,the petroleum demand will increase more and more.Searching and developing substitutes of petroleum are main methods because of very great petrolem consumption in China,witch solve the Chinese energy security problem.With gasifying and liquefying coal,we can produce methanol,dimethyl ether,gasoline and diesel oil.The technologies of coal-derived clean energy are gradually improved and getting pefect.It can solve the difficulty of petroleum scarcity in China and relax the environmental tension brought by directly burning of coal.
coal-derived clean energy,coal-to-oil,development potentiality
周忠科(1974-),男,漢族,河北省邢臺人,在讀博士研究生,現(xiàn)在中國神華煤制油化工有限公司工作。
(責(zé)任編輯 張大鵬)
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