上海煤氣化多聯(lián)產(chǎn)發(fā)展路徑的探討

上海清潔能源研究與產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心 柴 梅

1 煤氣化多聯(lián)產(chǎn)發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤為主，但基本上都采用粗放型的燃燒方式，利用效率低，并排放大量的二氧化硫等大氣污染物和溫室氣體二氧化碳，對(duì)環(huán)境污染和氣候變暖產(chǎn)生很大的影響。同時(shí)，我國(guó)對(duì)石油進(jìn)口依存度不斷攀升，嚴(yán)重威脅到我國(guó)的能源安全。而“富煤、缺油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)決定了我國(guó)在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)還需要堅(jiān)持“以煤為主”能源戰(zhàn)略。因此，我國(guó)要解決嚴(yán)峻的能源環(huán)境問(wèn)題，必須加快轉(zhuǎn)變?nèi)济悍绞剑罅﹂_(kāi)發(fā)潔凈煤技術(shù)。

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）是目前公認(rèn)的最有前途的清潔燃煤發(fā)電技術(shù)，它排放的污染物低，脫除二氧化碳也比較容易。但由于IGCC與現(xiàn)有的超超臨界燃煤電站相比，投資費(fèi)和運(yùn)行成本高，效率優(yōu)勢(shì)也不明顯，目前還難以推廣。IGCC比較優(yōu)化的途徑是與煤化工生產(chǎn)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能量流、物質(zhì)流總體優(yōu)化的同時(shí)，通過(guò)減少基本投資和運(yùn)行費(fèi)用，生產(chǎn)高附加值的化工產(chǎn)品，彌補(bǔ)IGCC成本高的不足。美國(guó)能源部也曾提出“未來(lái)能源工廠（Future Gen）”，以煤氣化為龍頭，利用所得合成氣生產(chǎn)清潔燃料——?dú)錃猓龠M(jìn)行綜合利用，并采用二氧化碳封存技術(shù)，形成近零排放的高效能源系統(tǒng)。雖然這個(gè)計(jì)劃因多方面原因并未完全實(shí)施，但也引發(fā)了近年來(lái)全球發(fā)展和使用IGCC技術(shù)與多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的高潮。

上海發(fā)展煤氣化多聯(lián)產(chǎn)具有重要意義。首先，上海以燃煤發(fā)電為主，存在環(huán)境污染問(wèn)題和未來(lái)面臨二氧化碳減排的壓力，需要有前瞻性對(duì)策；其次，上海即將建設(shè)的大型煉油乙烯工程需要?dú)錃?、蒸汽的配套供?yīng)，建立帶IGCC的煤氣化多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，可在發(fā)電的同時(shí)聯(lián)產(chǎn)氫氣、蒸汽，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，減少污染物排放；第三，未來(lái)IGCC發(fā)電和多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的推廣應(yīng)用，將為提升上海電站裝備業(yè)和煤化工產(chǎn)業(yè)帶來(lái)契機(jī)，同時(shí)也能充分發(fā)揮上海產(chǎn)業(yè)集群的優(yōu)勢(shì)。

2 煤氣化多聯(lián)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 煤炭氣化技術(shù)

在煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，氣化技術(shù)在很大程度上決定了系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，因合成氣從氣化爐出來(lái)，合成氣的成分和品質(zhì)直接影響后續(xù)的流程。目前，氣化技術(shù)主要有水煤漿氣化技術(shù)和粉煤加壓氣化技術(shù)。以Texaco爐為代表的水煤漿氣化爐比較成熟，投資少，煤氣成分用于化工生產(chǎn)較為合適。以Shell爐為代表的干煤粉氣化爐則具有碳轉(zhuǎn)化率高、冷煤氣效率高等優(yōu)點(diǎn)，適用于發(fā)電，但也存在系統(tǒng)比較復(fù)雜、投資高等問(wèn)題。

我國(guó)水煤漿氣化技術(shù)已獲得突破，國(guó)內(nèi)最大的水煤漿氣化裝置（單爐日處理2000 t煤）已運(yùn)行3年，而我國(guó)在干粉煤氣化技術(shù)方面進(jìn)展迅速，HTL氣化爐已投入工業(yè)運(yùn)行，兩段式干煤粉加壓氣化裝置已建成單爐日處理2000 t煤示范裝置，多噴嘴對(duì)置式干煤粉加壓氣化示范裝置預(yù)計(jì)將于2013年建成投運(yùn)，正在逐漸形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。

2.2 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)

在電力能源產(chǎn)業(yè)中，燃?xì)廨啓C(jī)是整個(gè)煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件之一，其性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的特性。目前市場(chǎng)上，主要以GE、西門子、三菱及ALSTOM公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)為主，其中G E公司是目前世界上生產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)規(guī)模最大、產(chǎn)量最多的廠家。在國(guó)外建立的IGCC示范電站中，基本都是選用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)，可見(jiàn)燃?xì)廨啓C(jī)在IGCC系統(tǒng)中的重要性。

目前我國(guó)所用的燃?xì)廨啓C(jī)基本以進(jìn)口為主，在IGCC系統(tǒng)中的燃?xì)廨啓C(jī)因燃用低熱值的合成氣，需要經(jīng)過(guò)改造或者單獨(dú)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)階段IGCC仍處在示范階段，從國(guó)外訂制適合燃燒低熱值合成氣的燃?xì)廨啓C(jī)成本較高，這在一定程度上制約了IGCC的發(fā)展。

2.3 煤基化工合成技術(shù)

現(xiàn)在主要用煤來(lái)制造甲醇、烯烴、油、合成氨、氫、天然氣等清潔燃料和化工產(chǎn)品。目前研究較多的是以甲醇為主的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，但目前我國(guó)甲醇生產(chǎn)能力增長(zhǎng)迅速，已出現(xiàn)產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題，因此，在煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，可發(fā)展煤制烯烴、油、合成氨等工藝。

由煤經(jīng)甲醇制烯烴，可以有效緩解烯烴原料的供需矛盾，減少石腦油的消耗和石油的進(jìn)口，也有利于甲醇產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。煤制烯烴與石油制烯烴相比，工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備大型化，國(guó)產(chǎn)化程度低，投資大，屬于技術(shù)、資金和人才密集產(chǎn)業(yè)，對(duì)企業(yè)的綜合實(shí)力要求較高。我國(guó)的煤制烯烴產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入示范階段，神華包頭煤制烯烴項(xiàng)目已經(jīng)成功商業(yè)化運(yùn)行，“十二五”期間，煤制烯烴示范項(xiàng)目將會(huì)適度升級(jí)，當(dāng)前全國(guó)在建和規(guī)劃建設(shè)的煤制烯烴項(xiàng)目總產(chǎn)能已超過(guò)千萬(wàn)噸。

在煤制油方面，目前只有神華集團(tuán)煤制油項(xiàng)目得到國(guó)家發(fā)改委的確認(rèn)，煤制油屬于高能耗型、技術(shù)創(chuàng)新型和資金密集型，在目前的技術(shù)狀況和市場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行大規(guī)模的發(fā)展面臨巨大的風(fēng)險(xiǎn)。煤制油除了可以預(yù)見(jiàn)的價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)外，需要降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，則必然增加環(huán)境成本，進(jìn)一步增大了投資的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前對(duì)于煤制油的項(xiàng)目發(fā)展，社會(huì)上爭(zhēng)議依舊很大，其大規(guī)模的發(fā)展在未來(lái)短時(shí)期內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)。

在煤制合成氨方面，目前利用Texaco氣化技術(shù)制合成氨的技術(shù)較為成熟，但其成本一直居高不下，只有國(guó)產(chǎn)的煤氣化技術(shù)得到真正的發(fā)展應(yīng)用，才能真正推動(dòng)我國(guó)合成氨產(chǎn)業(yè)的全面技術(shù)進(jìn)步。

煤制天然氣在我國(guó)應(yīng)有較廣闊的前景，具有能源轉(zhuǎn)化效率高、產(chǎn)品單一、流程短、投資少、效益好等突出的優(yōu)勢(shì)，是近期煤化工產(chǎn)業(yè)新的投資熱點(diǎn)。但國(guó)家為規(guī)范產(chǎn)業(yè)發(fā)展，要求項(xiàng)目由國(guó)家發(fā)改委統(tǒng)一核準(zhǔn)，到2010年，獲得正式批準(zhǔn)的項(xiàng)目?jī)H5個(gè)。

3 上海煤氣化多聯(lián)產(chǎn)發(fā)展路徑

在煤氣化多聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域，上海擁有完善的配套產(chǎn)業(yè)、裝備制造和學(xué)科基礎(chǔ)，在國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)突出。華東理工大學(xué)煤氣化技術(shù)研究達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；上海電氣集團(tuán)在關(guān)鍵設(shè)備氣化爐和燃?xì)廨啓C(jī)已具備一定制造經(jīng)驗(yàn)，并獲得了國(guó)內(nèi)首臺(tái)IGCC機(jī)組的訂單；上海華誼集團(tuán)是國(guó)內(nèi)首家引進(jìn)和消化煤氣化技術(shù)的企業(yè)，煤基多聯(lián)產(chǎn)羰基合成在國(guó)內(nèi)處領(lǐng)先地位，正結(jié)合吳涇化工區(qū)轉(zhuǎn)型和安徽無(wú)為煤化工產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，拓展下游產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)高端發(fā)展；上海交通大學(xué)、上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院、華東電力試驗(yàn)研究院、上海電力股份公司、申能集團(tuán)在IGCC電站系統(tǒng)研究方面也已經(jīng)開(kāi)展了大量工作，并取得多項(xiàng)成果。

煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)龐大復(fù)雜，包含眾多的能量、物質(zhì)的交換，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行透徹的分析，了解其中各項(xiàng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響是建立一個(gè)高效安全的系統(tǒng)的前提。在煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，包括動(dòng)力流程和化工流程兩大塊，且兩大流程之間存在很多的交叉聯(lián)系，即能源和化工領(lǐng)域的交叉滲透，需兩方面的專業(yè)人才共同配合，才可能建立一個(gè)高效可行的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

因此，上海發(fā)展煤氣化多聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，需要組織一支集電力、化工兩大領(lǐng)域?yàn)橐惑w，由企業(yè)、高校、研究機(jī)構(gòu)等骨干單位組成，產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)的煤氣化多聯(lián)產(chǎn)科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)；并以IGCC和大型煉油乙烯工程相結(jié)合的示范項(xiàng)目為載體，充分發(fā)揮專家隊(duì)伍作用，開(kāi)展技術(shù)研究工作，建設(shè)試驗(yàn)研究基地，加強(qiáng)技術(shù)支撐體系建設(shè)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，在各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)及裝備取得突破，完全掌握有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，形成自主研發(fā)能力和電站系統(tǒng)集成能力；實(shí)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)率先形成IGCC燃?xì)廨啓C(jī)和氣化爐等全套設(shè)備設(shè)計(jì)制造能力和工程總承包服務(wù)能力，建成燃?xì)廨啓C(jī)、氣化爐等IGCC關(guān)鍵設(shè)備產(chǎn)業(yè)化制造基地。為加快上?？萍紕?chuàng)新體系建設(shè)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，推進(jìn)我國(guó)IGCC產(chǎn)業(yè)及煤炭清潔利用技術(shù)的發(fā)展，保障我國(guó)能源安全和減緩溫室氣體排放作出貢獻(xiàn)。