神霧環(huán)保：開啟煤炭利用新革命

馬文良

“依托顛覆性的煤化工技術(shù)，煤炭將是未來的黃金。”

近日，神霧環(huán)保技術(shù)股份有限公司（下稱神霧環(huán)保）在北京發(fā)布顛覆性的煤化工技術(shù)——“乙炔法煤化工新工藝”（下稱新工藝）。與其它煤化工技術(shù)相比，這項由我國民營科技企業(yè)自主研發(fā)、全球首創(chuàng)的新工藝為我國現(xiàn)代煤化工開辟出一條全新的工藝路徑，能源利用效率更高、水耗更低、污染物排放更少、經(jīng)濟效益更好，將為我國實現(xiàn)煤炭清潔高效利用，重塑能源生產(chǎn)與消費體系，推動綠色低碳發(fā)展提供重要的科技支撐。

與目前國際流行的以煤炭氣化為龍頭的現(xiàn)代煤化工工藝路線不同，新工藝通過顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，以“蓄熱式電石生產(chǎn)新工藝”為核心，在生產(chǎn)低成本乙炔的同時，還能生產(chǎn)出大量低成本的合成氣（氫氣和一氧化碳）、石油、天然氣等，進而可大量生產(chǎn)烯烴、汽柴油、甲醇、天然氣、乙二醇、芳烴等重要的能源化工產(chǎn)品。

新工藝根據(jù)煤炭的分子結(jié)構(gòu)及固有特性，采用蓄熱式電石生產(chǎn)新工藝，將煤炭中的揮發(fā)份與固定碳進行分質(zhì)梯級利用，煤炭中的揮發(fā)份通過催化熱解產(chǎn)生了人造天然氣、人造石油、合成氣；煤炭中的固定碳在高溫下還原生石灰，生成了電石和一氧化碳，電石再與水反應(yīng)生成乙炔。這些生產(chǎn)出的乙炔、人造石油、人造天然氣、合成氣等可同時發(fā)揮碳一化工、乙炔化工和石油天然氣化工各自的優(yōu)勢，形成了上述三種化工工藝的有機結(jié)合。與煤氣化工藝相比，單位產(chǎn)品的投資額、能耗、水耗、二氧化碳排放等指標(biāo)大幅降低。目前該項新工藝已經(jīng)在內(nèi)蒙古察哈爾右翼后旗杭寧達(dá)萊工業(yè)園區(qū)成功實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)，各項技術(shù)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期。

神霧環(huán)保董事長吳道洪博士表示，在全面建成小康社會、推進生態(tài)文明建設(shè)的背景下，我國面臨能源需求上升和環(huán)保壓力增加的雙重倒逼。石油、天然氣的對外嚴(yán)重依賴，決定了我國必須做好煤炭的清潔高效利用這篇文章，其中的關(guān)鍵在于科技創(chuàng)新和技術(shù)突破，利用科技的力量推動供給側(cè)生產(chǎn)方式的變革。新工藝顛覆了現(xiàn)代煤化工技術(shù)，破解了制約煤化工健康可持續(xù)發(fā)展的難題，具有節(jié)能、減排、增效等技術(shù)優(yōu)勢。這將開啟中國煤炭消費與利用的革命，實現(xiàn)煤炭從燃料轉(zhuǎn)為原料的高效清潔利用，在促進制造業(yè)、重工業(yè)、重化工業(yè)快速發(fā)展的同時，從源頭減少污染物和二氧化碳排放。

能源需求和環(huán)保壓力倒逼

現(xiàn)代煤化工亟待發(fā)展和突圍

隨著我國全面建成小康社會、實現(xiàn)現(xiàn)代化的推進，能源需求將持續(xù)增長。2014年我國人均能源消費量為3.1噸標(biāo)準(zhǔn)煤，不到發(fā)達(dá)國家的一半。而從發(fā)達(dá)國家走過的歷程來看，生活水平要達(dá)到比較高的程度，人均年能源消費量一般不低于4噸標(biāo)準(zhǔn)煤，我國要建成中等收入發(fā)達(dá)國家，能源需求勢必有很大的增長，現(xiàn)在的能源過剩不代表未來能源過剩。

我國能源結(jié)構(gòu)特點是“富煤、貧油、少氣”，石油、天然氣嚴(yán)重依賴進口，風(fēng)能、太陽能等新能源目前只是發(fā)展方向和有效補充，煤炭在相當(dāng)長的一個時期內(nèi)仍然是我國最可靠、最穩(wěn)定、最經(jīng)濟的能源，2015年我國能源消費中煤炭占64%。目前煤炭的利用方式對水、土壤、大氣等生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，我國二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放量的67%、煙塵排放量的70%、人為源大氣汞排放量的40%、二氧化碳排放量的70%以上均來自于燃煤。

在能源需求和環(huán)境壓力的倒逼之下，如何在經(jīng)濟中高速增長的同時建設(shè)生態(tài)文明、兌現(xiàn)減排國際承諾，是我國當(dāng)前無法回避的挑戰(zhàn)。吳道洪表示，根據(jù)我國的資源稟賦應(yīng)該繼續(xù)多用煤，但分散式、粗放式的燒煤的方式已行不通，唯有發(fā)展清潔、低碳煤化工，將煤炭從燃料變?yōu)樵?，多用煤少燒煤，才是出路所在?/p>

“從鉆木取火，到追逐太陽能、風(fēng)能，人類獲取能源的方式逐漸提升，向著清潔化、低碳化的方向發(fā)展。對于地球上大量埋藏的煤炭而言，應(yīng)該更多的作為原料去生產(chǎn)化工產(chǎn)品，而不應(yīng)該僅僅當(dāng)作燃料去簡單、粗放地燃燒?！眳堑篮檎f，“煤炭作為原料的時候，其中的碳原子變成我們?nèi)粘Ｋ璧那鍧嵢加?、天然氣及各種石油化工產(chǎn)品，而作為燃料的時候就變成二氧化碳排入大氣，加速全球氣候變暖?！?/p>

從世界范圍看，煤炭作為燃料和原料的比例為77：23，而我國絕大部分煤都作為燃料，2015年現(xiàn)代煤化工用煤量占我國煤炭消費量的比例僅為1.5%，由煤化工生產(chǎn)的重要能源化工產(chǎn)品占比很低，未來煤化工的發(fā)展空間非常巨大。

在過去兩個五年規(guī)劃中，我國一直鼓勵發(fā)展清潔高效煤化工，過去10年總共核準(zhǔn)的煤化工投資項目1.56萬億元，“十三五”規(guī)劃中國家繼續(xù)大力支持發(fā)展煤化工，預(yù)計將繼續(xù)投入資金3萬億元。但我國以煤氣化為龍頭的煤化工行業(yè)一直被投資大、能效低、水耗高、經(jīng)濟性差等問題困擾，尤其是近兩年來全球石油價格暴跌近70%，導(dǎo)致煤化工幾無利潤可言。無論是從企業(yè)盈利和發(fā)展的需要，還是為滿足國家和行業(yè)相關(guān)環(huán)保要求，煤化工行業(yè)都迫切需要新的工藝和技術(shù)，去突破發(fā)展困局。

節(jié)能減排增效 新工藝顛覆煤化工技術(shù)

煤氣化是以氧氣和水蒸汽為氣化劑，在高溫下通過化學(xué)反應(yīng)將大分子結(jié)構(gòu)的煤首先轉(zhuǎn)化成小分子的合成氣（一氧化碳和氫氣），再經(jīng)過復(fù)雜的合成反應(yīng)生成汽柴油、天然氣、烯烴、乙二醇、芳烴等下游重要能源化工產(chǎn)品。

新工藝把中低階煤炭與生石灰混合造塊后，在隔絕空氣的條件下，加熱到900℃以上，使其中的揮發(fā)份分解，產(chǎn)生合成氣、人造天然氣和人造石油等；沒有分解的碳與石灰在高溫下反應(yīng)生成電石和一氧化碳，電石與水反應(yīng)生成乙炔，乙炔往下游延伸合成聚乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、1，4-丁二醇、丙烯酸、芳烴、橡膠等重要化工產(chǎn)品。新工藝是以煤制乙炔為龍頭的碳二化工工藝，又同時發(fā)揮了碳一化工、碳二化工和石油天然氣化工三種路線各自的優(yōu)勢，具有顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢和環(huán)保優(yōu)勢。

在能源轉(zhuǎn)換效率上，煤氣化工藝和新工藝都近80%以上，但煤氣化僅僅獲得了合成氣，是最初級的化工原料，所有終端產(chǎn)品尚需進一步的復(fù)雜合成才能獲得。而新工藝同時獲得了合成氣、石油天然氣和乙炔，三種產(chǎn)品按熱值占比分別為24%、38%和38%，不僅有初級原料，還有更高級的油氣、乙炔等原料，這是煤氣化合成氣還需要進一步反應(yīng)才可以獲得的，相當(dāng)于新工藝一步就可以獲得煤氣化下游需要2—3步反應(yīng)轉(zhuǎn)化才能獲得的能源化工產(chǎn)品，縮短了工藝流程、降低了系統(tǒng)能耗。

在投資上，以100萬噸烯烴項目為例，煤氣化法煤化工需投資約280億元，新工藝需要約200億元，減少28%；在能耗上，新工藝生產(chǎn)每噸烯烴的煤耗下降約26%；在水耗上，煤氣化生產(chǎn)每噸烯烴耗水量約27噸，新工藝需要約13.2噸，下降約50%；在排放上，煤氣化生產(chǎn)每噸烯烴排放二氧化碳約7.5噸，新工藝排放約4.73噸，下降約37%；在成本上，新工藝生產(chǎn)每噸烯烴成本下降15%以上。此外，煤氣化生產(chǎn)每噸烯烴副產(chǎn)約0.06噸碳四/碳五，而新工藝可副產(chǎn)0.4—0.7立方米天然氣和0.15-0.2噸石油，綜合效益更好。

乙烯、丙烯等低碳烯烴是重要的基礎(chǔ)化工原料，其產(chǎn)量是衡量一個國家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志，迄今為止世界范圍內(nèi)的低碳烯烴絕大多數(shù)由石油、天然氣作為原料加工得來。近十年來我國大力發(fā)展煤化工，約有20%的低碳烯烴是由煤氣化法制烯烴工藝產(chǎn)出的，但近兩年石油價格暴跌使其經(jīng)濟性受到巨大影響。

吳道洪表示，神霧環(huán)保顛覆性的乙炔法制烯烴路線，完全顛覆了上述兩種烯烴生產(chǎn)路線，直接用乙炔制乙烯流程短、投資少、能源轉(zhuǎn)化效率高、水耗少、產(chǎn)品成本更低。新工藝為我國煤炭清潔高效利用創(chuàng)新出了一條新途徑，我國大力發(fā)展現(xiàn)代煤化工有了更好的技術(shù)選擇。這意味著以中低階煤炭和石灰為原料、以電為能源可以生產(chǎn)目前石油化工行業(yè)的所有下游化工產(chǎn)品，我國每年13.2萬億元的石化產(chǎn)品有望擺脫對外依賴的局面，能源安全將有新的保障。

產(chǎn)業(yè)化投產(chǎn)成功 技術(shù)先進性凸顯

20世紀(jì)50年代以前，乙炔是“有機合成工業(yè)之母”，可以合成幾千種化工產(chǎn)品，主要由電石與水反應(yīng)生成。在石油天然氣大量開采和電石行業(yè)高污染、高能耗、高成本的雙重影響之下，導(dǎo)致乙炔價格高企，用乙炔去生產(chǎn)乙烯、甲醇等化工產(chǎn)品成本倒掛，這也制約了乙炔化工的發(fā)展。因此如何大規(guī)模地獲取低成本乙炔，是發(fā)展乙炔化工、現(xiàn)代煤化工及現(xiàn)代石油化工的關(guān)鍵。

在內(nèi)蒙古港原化工有限公司，采用新工藝的電石生產(chǎn)線已經(jīng)成功投產(chǎn)。神霧環(huán)保采取合同能源管理的模式，利用新工藝對原有的傳統(tǒng)電石爐進行節(jié)能降耗技術(shù)改造。此項目已入選中美兩國首批10個提高能效示范項目之一，改造投資1.6億多元，每年產(chǎn)生節(jié)能效益預(yù)計可達(dá)7500多萬元。

新工藝使用廉價的低階粉煤、粉狀石灰作為生產(chǎn)原料，替代高階煤炭、蘭炭、焦炭、塊狀石灰等，生產(chǎn)1噸電石的原料成本降低43.75%。同時，采用蓄熱式燃燒技術(shù)和高溫物料密閉保溫?zé)崴图夹g(shù)，大幅度節(jié)約了能源，降低了能耗；粉狀原料增加了接觸反應(yīng)面積、提高了反應(yīng)速度，降低了反應(yīng)的溫度，進一步降低了電耗。生產(chǎn)1噸電石耗電量從3150度降低為2500度，綜合能耗降低20%。此外，生產(chǎn)1噸電石還副產(chǎn)出70千克人造石油和260立方米煤氣，附加值提升15%以上。

通過兩種工藝生產(chǎn)過程直接對比，生產(chǎn)1噸電石總的可以增加經(jīng)濟效益500元以上，減排粉塵188千克、二氧化碳689千克、二氧化硫20千克和氮氧化物10千克，大氣污染物排放量比傳統(tǒng)工藝下降50%以上。如果對我國現(xiàn)有3000萬噸電石產(chǎn)能進行技術(shù)改造，每年能夠增加150億元的收益，副產(chǎn)250萬噸人造石油和75億立方米人造天然氣，減少煤炭消耗529萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳1375萬噸。

石油化工產(chǎn)業(yè)是國家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，目前我國每年13.2萬億元產(chǎn)值的石油化工產(chǎn)品均是以石油、天然氣為原料。新工藝大幅降低了電石生產(chǎn)的原料成本和電耗，低成本電石就可以產(chǎn)出低成本乙炔，乙炔再向下游延伸生產(chǎn)各種重要的化工產(chǎn)品，技術(shù)和經(jīng)濟上完全可以替代烯烴等石化產(chǎn)品和其它煤化工技術(shù)的產(chǎn)品，將為我國的石油化工市場開辟一條全新的路徑。

吳道洪表示，新工藝以石灰、煤炭為原料，以電力為能源，未來隨著太陽能、風(fēng)能等新能源的發(fā)展，我們可以從自然界獲得清潔的電能來生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品，代替用燃煤發(fā)電來作能源。以煤制乙炔化工為龍頭的現(xiàn)代煤化工，將加速新能源進入化工產(chǎn)品生產(chǎn)時代，使煤炭作為原料，而不再是燃料，真正意義上實現(xiàn)多用煤少燒煤、從源頭上治理環(huán)境污染，推動我國兌現(xiàn)國際減排承諾，幫助人類應(yīng)對氣候變化。

“依托顛覆性的煤化工技術(shù)，煤炭將是未來的黃金。”吳道洪說。