發(fā)展煤化工是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用的重要途徑

文/李志堅(jiān)

（作者為石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院院長(zhǎng)助理）

最近，美國(guó)杜克大學(xué)學(xué)者楊啟仁等在《自然——?dú)夂蜃兓冯s志發(fā)表了題為《中國(guó)合成天然氣革命》的文章，在國(guó)內(nèi)外引起了較大的反響，文中稱：煤制天然氣計(jì)劃較傳統(tǒng)天然氣可能多產(chǎn)生7倍的碳排放，較開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣多耗用100倍的水資源；除了溫室氣體排放，煤基合成天然氣還將排放硫化氫和汞，這些污染物如果得不到合適的分離和處理將產(chǎn)生潛在的損害；其結(jié)論認(rèn)為中國(guó)的政策制定者應(yīng)該推遲執(zhí)行這些合成天然氣項(xiàng)目，以防止出現(xiàn)潛在的成本高昂和環(huán)境破壞的局面，更好的決定可能是完全取消這些項(xiàng)目計(jì)劃。國(guó)內(nèi)一些非政府組織和公眾媒體也推波助瀾，給煤化工產(chǎn)業(yè)貼上嚴(yán)重的負(fù)面標(biāo)簽。

作為煤化工行業(yè)的一名技術(shù)人員，對(duì)文中一些常識(shí)性錯(cuò)誤和不符合事實(shí)的論調(diào)有必要進(jìn)行澄清。目前，國(guó)家有關(guān)部門(mén)正在編制實(shí)施“十二五”煤炭深加工產(chǎn)業(yè)升級(jí)示范方案，該方案歷時(shí)數(shù)載，經(jīng)化工、煤炭、電力、天然氣、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等多方面專家充分論證，實(shí)施方案制定了最嚴(yán)格的產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮了包括楊文中提到碳排放和經(jīng)濟(jì)性等多方面問(wèn)題?？偟膩?lái)看，煤制天然氣等煤炭深加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)我國(guó)的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)影響是正面的，不僅不會(huì)破壞環(huán)境，加劇霧霾天氣，而是改善環(huán)境，減少大氣污染，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤炭清潔高效利用、保障國(guó)家能源安全的重要途徑。

現(xiàn)代煤化工是污染物排放最低的煤炭利用方式

我國(guó)正在推進(jìn)的煤化工升級(jí)示范工程主要包括煤制天然氣、煤制油、煤制烯烴等現(xiàn)代大型煤炭清潔轉(zhuǎn)化項(xiàng)目。有煤化工專業(yè)常識(shí)的都知道，現(xiàn)代煤化工過(guò)程采用的技術(shù)是在密閉的系統(tǒng)中，將煤炭氣化，生成的粗合成氣后再經(jīng)過(guò)脫硫、脫碳等凈化措施，得到純凈的合成氣用于合成天然氣、油品、甲醇（深加工為烯烴）等過(guò)程。煤化工過(guò)程輸入的是煤、氧氣、水，輸出的是產(chǎn)品和純凈的二氧化碳，原料煤中的硫、汞等污染物都在工藝過(guò)程中得到了轉(zhuǎn)化回收，硫回收率達(dá)到99.8%以上，汞固定在催化劑中（催化劑集中處置回收，也可采用專門(mén)的催化劑脫汞），沒(méi)有NOX排放，循環(huán)水排污水、工藝廢水等深度處理后回用，最終實(shí)現(xiàn)污水近零排放（不外排環(huán)境）。煤化工生產(chǎn)的合成氣，既可用于化工合成，也可用于IGCC發(fā)電。社會(huì)上對(duì)IGCC發(fā)電已有共識(shí)，IGCC發(fā)電屬燃燒前脫除污染物，可大幅度降低發(fā)電過(guò)程排放和實(shí)現(xiàn)CO2的捕集，是發(fā)電方式的綠色革命。從這個(gè)意義上說(shuō)，現(xiàn)代煤化工也可看做煤炭清潔利用的革命。

煤化工實(shí)現(xiàn)了煤炭中的污染物處理和集中利用，具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，和直接燃煤相比，SO2排放可下降99.8%，粉塵排放可下降99.9%，和燃煤發(fā)電（帶脫硫脫硝，脫硫效率約90%）相比，SO2排放可進(jìn)一步降低80%，NOx可降低75%。目前煤化工裝置的主要污染物排放源是配套的熱電站鍋爐排放，也按照了嚴(yán)格的電廠標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了脫硫、脫硝處理，還有部分項(xiàng)目采用IGCC裝置來(lái)配套熱電（如南非沙索煤制油公司，部分熱電裝置已改造為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電），把整個(gè)裝置排放都降到了先進(jìn)綠色發(fā)電的水平。

國(guó)外其他國(guó)家的大型煤化工示范項(xiàng)目也屬于各國(guó)政府支持的清潔能源項(xiàng)目。如位于美國(guó)達(dá)科塔州世界首套煤制天然氣項(xiàng)目，于1984年建成投產(chǎn)，是美國(guó)大型潔凈煤利用示范項(xiàng)目，項(xiàng)目投產(chǎn)二十多年來(lái)，進(jìn)行了副產(chǎn)品綜合利用、CO2回注油田采油等多項(xiàng)改進(jìn)，該項(xiàng)目被北達(dá)科塔州政府評(píng)為本州最清潔的能源項(xiàng)目。

煤炭是我國(guó)主體能源，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2011年，我國(guó)能源消費(fèi)總量為34.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭占68.4%，石油占18.6%，天然氣占5.0%，水電、核電、風(fēng)電占8.0%。國(guó)家《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》預(yù)測(cè)到2015年，我國(guó)能源消費(fèi)總量為40億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。屆時(shí)估計(jì)煤炭消費(fèi)量達(dá)到40億噸（原煤）。2012年，全國(guó)煤炭消費(fèi)量34.15億噸（原煤）。2012年發(fā)電用煤占總消費(fèi)量的53.3%；鋼鐵行業(yè)用煤占17.6%（煉焦為主）；建材行業(yè)用煤占15.8%；化工行業(yè)用煤占國(guó)內(nèi)總消費(fèi)量的5.9%，其他行業(yè)消費(fèi)7.5%?？梢?jiàn)直接燃煤占我國(guó)煤炭利用的77%，除發(fā)電外，尾氣治理困難的分散燃煤占20%以上。燃煤排放的SO2、NOX、粉塵是我國(guó)霧霾天氣頻發(fā)的最重要原因，如果煤炭利用方式不改變，燃煤總量繼續(xù)增加，霧霾治理難度更大。我國(guó)煤化工等煤炭清潔利用比重的增加將會(huì)減少污染物的排放，因此發(fā)展現(xiàn)代煤化工，替代直接燃煤將不僅不會(huì)造成大氣污染物增加，恰恰相反，會(huì)顯著降低污染物排放，改善環(huán)境。

發(fā)展煤化工與溫室氣體減排并不矛盾

CO2排放源于化石能源的使用，只要煤炭消費(fèi)量在增長(zhǎng)，CO2排放不可避免。我國(guó)CO2減排的根本措施在于：一是發(fā)展水電、風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源，二是提高化石能源轉(zhuǎn)化和使用過(guò)程中的效率。對(duì)于煤化工來(lái)說(shuō)，提高能源轉(zhuǎn)化效率是減排溫室氣體的關(guān)鍵。

我國(guó)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展在借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)合成氨、甲醇等傳統(tǒng)煤化工的基礎(chǔ)上，根據(jù)近年來(lái)的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)。煤制天然氣升級(jí)示范項(xiàng)目的能源轉(zhuǎn)化效率達(dá)到56%～60%，高于燃煤發(fā)電40%～46%的水平，煤制油、煤制烯烴的能源轉(zhuǎn)化效率都達(dá)到40%以上。即使從生產(chǎn)到使用的全生命周期考察，根據(jù)清華大學(xué)所做的“煤制天然氣和煤電全生命周期能源利用效率”研究表明，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，煤制天然氣和煤電各有優(yōu)勢(shì)。由于煤制天然氣主要用于民用和工業(yè)燃?xì)猓òㄥ仩t）、車用燃料等市場(chǎng)，煤制天然氣和煤電不存在完全的替代關(guān)系，不應(yīng)簡(jiǎn)單以能源效率為指標(biāo)而否定某種發(fā)展路線。從總體上看，發(fā)展煤制天然氣與發(fā)展煤電的能源轉(zhuǎn)化效率相當(dāng)，在一些應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)于煤電，不會(huì)造成全社會(huì)能源轉(zhuǎn)化效率的降低和二氧化碳排放量的增加。

楊啟仁文中提及的“產(chǎn)生更多二氧化碳排放，進(jìn)一步加劇全球氣候變暖”的說(shuō)法是對(duì)我國(guó)節(jié)能減排承諾的誤讀和對(duì)公眾輿論的誤導(dǎo)。2009年，我國(guó)政府承諾到2020年中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，作為約束性指標(biāo)納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃。我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，我們承諾的是單位GDP的二氧化碳減排，而不是二氧化碳總量減排，否則會(huì)束縛我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高。煤制天然氣作為煤炭的清潔轉(zhuǎn)化和利用方式，提高了煤炭的利用效率，以更少的資源和排放支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)更大發(fā)展，與我國(guó)的溫室氣體減排承諾并不矛盾。特別是隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，低能源、資源消耗的制造業(yè)和服務(wù)業(yè)的比重加大，單位GDP能耗不斷降低，我國(guó)承諾的減排指標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)展煤化工不會(huì)造成西部生態(tài)環(huán)境惡化

一部分人認(rèn)為：我國(guó)大部分富煤地區(qū)水資源缺乏，煤炭深加工屬于高耗水項(xiàng)目，如大規(guī)模發(fā)展將對(duì)西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重后果。這種觀點(diǎn)也是占不住腳的。

有必要澄清煤化工耗水量大的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，首先是煤化工與全國(guó)工業(yè)平均耗水量比并不高，煤化工目前萬(wàn)元工業(yè)增加值水耗在30～60噸，低于水利部統(tǒng)計(jì)的2012年全國(guó)工業(yè)平均水平（76噸）和《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃》2020年的目標(biāo)（65噸）。其次是煤化工用水主要用于冷卻，大部分蒸發(fā)到空中參與大氣水循環(huán)。以一套年產(chǎn)40億立方米的煤制天然氣項(xiàng)目為例，年需新鮮水約2000萬(wàn)噸，產(chǎn)品CH4中的H2主要來(lái)自于水，以此計(jì)算，產(chǎn)品天然氣帶走的水量約600萬(wàn)噸/年，其余的1400萬(wàn)噸/年都蒸發(fā)上天了。

最近中央電視臺(tái)有一篇關(guān)于青海湖水位的報(bào)道，據(jù)央視網(wǎng)2013年10月20消息,作為中國(guó)西北內(nèi)陸最大的水體，青海湖的水位數(shù)十年來(lái)下降的趨勢(shì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，水位正在迅速上升。水文數(shù)據(jù)顯示，2004年青海湖水位到達(dá)最低位，海拔3192.86米，此后水位一直保持回升趨勢(shì)，最高到達(dá)3194.28米，增加了1.42米?？茖W(xué)家對(duì)青海湖流域連續(xù)的跟蹤研究已經(jīng)超過(guò)了十年，對(duì)水中化學(xué)元素的研究證明，青海湖水增加主要來(lái)源于降水。青海湖區(qū)域的年降雨總量從300多毫米增加到近年的500多毫米。在青藏高原上，像青海湖這樣的情況并不是個(gè)案，統(tǒng)計(jì)顯示，近30年我國(guó)自然新增1平方公里以上湖泊60個(gè)，其中58個(gè)位于青藏高原以及甘肅、內(nèi)蒙、新疆一帶?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)“世界屋脊”青藏高原，近30年來(lái)其增溫幅度是全球平均增溫幅度的兩倍。這則消息給我們一些啟示，至少西方某些學(xué)者鼓吹的全球氣候變暖破壞地球環(huán)境的說(shuō)法也許是不可靠的，西部煤化工破壞水資源和生態(tài)環(huán)境的說(shuō)法也是一種主觀臆斷。希望氣象和環(huán)境學(xué)者對(duì)西部煤化工的蒸發(fā)水對(duì)區(qū)域環(huán)境的影響能做些研究，得出科學(xué)的結(jié)論。

我們要把先進(jìn)的現(xiàn)代煤化工和曾經(jīng)給西部地區(qū)帶來(lái)嚴(yán)重污染的小焦化、小電石等落后煤化工區(qū)別開(kāi)來(lái)。目前西部地區(qū)工業(yè)用水比重較小，主要問(wèn)題在于用水結(jié)構(gòu)失衡，農(nóng)業(yè)用水比重過(guò)高且效率低下。煤炭深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展，通過(guò)提高規(guī)模效益和技術(shù)升級(jí)，水耗可大幅降低，不會(huì)對(duì)西部生態(tài)造成破壞。

煤化工的發(fā)展與頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)及可再生能源發(fā)展并不矛盾

我國(guó)近年來(lái)天然氣市場(chǎng)高速發(fā)展，2012年，天然氣消費(fèi)量達(dá)到1524億立方米，其中進(jìn)口管道氣和液化天然氣425立方米，占28%。煤制天然氣可補(bǔ)充天然氣資源不足，煤制天然氣發(fā)展與頁(yè)巖氣、煤層氣等及其他可再生能源的發(fā)展并不矛盾。2012年美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量已達(dá)2653億立方米，占美國(guó)天然氣總產(chǎn)量（7170億立方米）的37%。我國(guó)也制定了相關(guān)政策鼓勵(lì)和頁(yè)巖氣、煤層氣等非常規(guī)氣源的發(fā)展，能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃預(yù)計(jì)到2015年，煤層氣、頁(yè)巖氣商品量分別達(dá)到200億和65億立方米，總量仍然不多。按照世界平均消費(fèi)水平測(cè)算，我國(guó)天然氣消費(fèi)需求應(yīng)達(dá)到6000億立方米以上，即使未來(lái)我國(guó)天然氣供應(yīng)能達(dá)到此目標(biāo)，也僅占我國(guó)能源消費(fèi)總量的15%，而2012年美國(guó)、歐盟天然氣在能源消費(fèi)中的比重分別達(dá)到30%、33%，日本、韓國(guó)等全部依賴進(jìn)口的國(guó)家也達(dá)到22%和17%。因此，對(duì)于煤制天然氣、頁(yè)巖氣、煤層氣、進(jìn)口氣、可再生能源等清潔能源，在我國(guó)這樣一個(gè)能源消費(fèi)大國(guó)不是互相競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，而是互為補(bǔ)充，并行不悖，產(chǎn)業(yè)之間的發(fā)展并不互相排斥。

發(fā)展煤化工具有經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

美國(guó)大平原煤制天然氣示范項(xiàng)目其投資較早，其投資回報(bào)等經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)已不可考。二十多年來(lái)，由于天然氣價(jià)格波動(dòng)造成該項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益變化很大，但是該項(xiàng)目開(kāi)車至今一直在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，2012年該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)銷售收入5.51億美元，消耗煤炭610萬(wàn)噸，成本約1.83億美元，項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)增加值約為3.68億美元。南非沙索公司煤制油經(jīng)濟(jì)效益則更為顯著，目前該公司已成為年銷售收入218億美元，利潤(rùn)31億美元，公司市值達(dá)到332億美元的國(guó)際公司。未來(lái)我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)培育出10～20個(gè)這樣的公司也是可能的。

基于我國(guó)較低的設(shè)計(jì)、施工、裝備制造成本，我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資較省，煤價(jià)合理，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益；煤化工單個(gè)項(xiàng)目投資在百億元以上，可拉動(dòng)國(guó)內(nèi)投資，將建設(shè)、生產(chǎn)期間創(chuàng)造的財(cái)富留在國(guó)內(nèi)，有利于增強(qiáng)我國(guó)綜合國(guó)力。我國(guó)現(xiàn)在也有財(cái)力投資一些大型煤化工項(xiàng)目。從“十一五”投產(chǎn)示范項(xiàng)目看，除技術(shù)因素外，正常生產(chǎn)的項(xiàng)目，如神華108萬(wàn)噸/年煤制油、伊泰16萬(wàn)噸/年煤制油、神華包頭60萬(wàn)噸/年煤制烯烴都已實(shí)現(xiàn)盈利。我國(guó)煤化工項(xiàng)目建成后是有經(jīng)濟(jì)效益的。同時(shí)，煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展可帶動(dòng)我國(guó)研發(fā)、設(shè)計(jì)、施工、裝備制造（特別是大型高端裝備制造）產(chǎn)業(yè)發(fā)展，社會(huì)效益顯著。

長(zhǎng)遠(yuǎn)看，煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展還將成為我國(guó)煤炭清潔高效利用的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。一些人擔(dān)心如果未來(lái)頁(yè)巖氣、煤層氣等非常規(guī)氣大規(guī)模發(fā)展起來(lái)后，煤制天然氣的產(chǎn)品市場(chǎng)會(huì)有問(wèn)題。實(shí)際上，由于煤化工流程的通用性，其產(chǎn)品調(diào)節(jié)的靈活性是很大的。煤化工流程的總投資中，除合成單元外，投資的90%是空分、氣化、凈化、公用工程等通用工序，因此，即使煤制天然氣沒(méi)有市場(chǎng)了，也可以調(diào)整反應(yīng)器和催化劑，生產(chǎn)合成油。我國(guó)油品缺口3～4億噸/年，生產(chǎn)1億噸合成油可彌補(bǔ)不足；還可直接用合成氣發(fā)電，建設(shè)IGCC裝置，發(fā)展清潔電力，替代常規(guī)發(fā)電。因此煤化工投資不會(huì)發(fā)生浪費(fèi)。

發(fā)展煤化工對(duì)改善大氣環(huán)境和霧霾天氣，拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障我國(guó)能源安全意義重大，對(duì)煤化工發(fā)展從能源轉(zhuǎn)化效率、煤炭水資源消耗、環(huán)境排放等方面制定了嚴(yán)格的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。

2004 以來(lái)，國(guó)家有關(guān)部門(mén)就開(kāi)始研究現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展問(wèn)題，但一直未出臺(tái)正式規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)政策。在筆者看來(lái)，以現(xiàn)代煤化工、IGCC為代表的煤炭清潔高效利用在我國(guó)的發(fā)展進(jìn)程不是快了，而是太慢了，今天燃煤污染引起的大面積霧霾天氣等局面，與煤炭大量低水平利用直接相關(guān)。楊啟仁文中所提出的“延后實(shí)施合成氣計(jì)劃”、“更好的決定就是完全取消該計(jì)劃”的提法是對(duì)我國(guó)煤炭清潔高效利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的嚴(yán)重誤導(dǎo)，如果不是無(wú)知，那也許就是別有用心的可能了。