上海煤气化多联产发展路径的探讨

上海清洁能源研究与产业促进中心 柴 梅

1 煤气化多联产发展趋势

我国的能源消费结构以煤为主，但基本上都采用粗放型的燃烧方式，利用效率低，并排放大量的二氧化硫等大气污染物和温室气体二氧化碳，对环境污染和气候变暖产生很大的影响。同时，我国对石油进口依存度不断攀升，严重威胁到我国的能源安全。而“富煤、缺油、少气”的能源结构决定了我国在相当长时期内还需要坚持“以煤为主”能源战略。因此，我国要解决严峻的能源环境问题，必须加快转变燃煤方式，大力开发洁净煤技术。

整体煤气化联合循环（IGCC）是目前公认的最有前途的清洁燃煤发电技术，它排放的污染物低，脱除二氧化碳也比较容易。但由于IGCC与现有的超超临界燃煤电站相比，投资费和运行成本高，效率优势也不明显，目前还难以推广。IGCC比较优化的途径是与煤化工生产结合，实现能量流、物质流总体优化的同时，通过减少基本投资和运行费用，生产高附加值的化工产品，弥补IGCC成本高的不足。美国能源部也曾提出“未来能源工厂（Future Gen）”，以煤气化为龙头，利用所得合成气生产清洁燃料——氢气，再进行综合利用，并采用二氧化碳封存技术，形成近零排放的高效能源系统。虽然这个计划因多方面原因并未完全实施，但也引发了近年来全球发展和使用IGCC技术与多联产技术的高潮。

上海发展煤气化多联产具有重要意义。首先，上海以燃煤发电为主，存在环境污染问题和未来面临二氧化碳减排的压力，需要有前瞻性对策；其次，上海即将建设的大型炼油乙烯工程需要氢气、蒸汽的配套供应，建立带IGCC的煤气化多联产项目，可在发电的同时联产氢气、蒸汽，实现资源综合利用，减少污染物排放；第三，未来IGCC发电和多联产技术的推广应用，将为提升上海电站装备业和煤化工产业带来契机，同时也能充分发挥上海产业集群的优势。

2 煤气化多联产关键技术

2.1 煤炭气化技术

在煤基多联产系统中，气化技术在很大程度上决定了系统的性能优劣，因合成气从气化炉出来，合成气的成分和品质直接影响后续的流程。目前，气化技术主要有水煤浆气化技术和粉煤加压气化技术。以Texaco炉为代表的水煤浆气化炉比较成熟，投资少，煤气成分用于化工生产较为合适。以Shell炉为代表的干煤粉气化炉则具有碳转化率高、冷煤气效率高等优点，适用于发电，但也存在系统比较复杂、投资高等问题。

我国水煤浆气化技术已获得突破，国内最大的水煤浆气化装置（单炉日处理2000 t煤）已运行3年，而我国在干粉煤气化技术方面进展迅速，HTL气化炉已投入工业运行，两段式干煤粉加压气化装置已建成单炉日处理2000 t煤示范装置，多喷嘴对置式干煤粉加压气化示范装置预计将于2013年建成投运，正在逐渐形成具有自主知识产权的核心技术。

2.2 燃气蒸汽联合循环

在电力能源产业中，燃气轮机是整个煤基多联产系统中最关键的部件之一，其性能的优劣直接影响整个联产系统的特性。目前市场上，主要以GE、西门子、三菱及ALSTOM公司生产的燃气轮机为主，其中G E公司是目前世界上生产燃气轮机规模最大、产量最多的厂家。在国外建立的IGCC示范电站中，基本都是选用当时最先进燃气轮机，可见燃气轮机在IGCC系统中的重要性。

目前我国所用的燃气轮机基本以进口为主，在IGCC系统中的燃气轮机因燃用低热值的合成气，需要经过改造或者单独设计。现阶段IGCC仍处在示范阶段，从国外订制适合燃烧低热值合成气的燃气轮机成本较高，这在一定程度上制约了IGCC的发展。

2.3 煤基化工合成技术

现在主要用煤来制造甲醇、烯烃、油、合成氨、氢、天然气等清洁燃料和化工产品。目前研究较多的是以甲醇为主的多联产技术，但目前我国甲醇生产能力增长迅速，已出现产能过剩的问题，因此，在煤基多联产系统中，可发展煤制烯烃、油、合成氨等工艺。

由煤经甲醇制烯烃，可以有效缓解烯烃原料的供需矛盾，减少石脑油的消耗和石油的进口，也有利于甲醇产业的健康发展。煤制烯烃与石油制烯烃相比，工艺流程长，设备大型化，国产化程度低，投资大，属于技术、资金和人才密集产业，对企业的综合实力要求较高。我国的煤制烯烃产业已进入示范阶段，神华包头煤制烯烃项目已经成功商业化运行，“十二五”期间，煤制烯烃示范项目将会适度升级，当前全国在建和规划建设的煤制烯烃项目总产能已超过千万吨。

在煤制油方面，目前只有神华集团煤制油项目得到国家发改委的确认，煤制油属于高能耗型、技术创新型和资金密集型，在目前的技术状况和市场环境中进行大规模的发展面临巨大的风险。煤制油除了可以预见的价格风险外，需要降低对生态环境的影响，则必然增加环境成本，进一步增大了投资的风险。当前对于煤制油的项目发展，社会上争议依旧很大，其大规模的发展在未来短时期内很难实现。

在煤制合成氨方面，目前利用Texaco气化技术制合成氨的技术较为成熟，但其成本一直居高不下，只有国产的煤气化技术得到真正的发展应用，才能真正推动我国合成氨产业的全面技术进步。

煤制天然气在我国应有较广阔的前景，具有能源转化效率高、产品单一、流程短、投资少、效益好等突出的优势，是近期煤化工产业新的投资热点。但国家为规范产业发展，要求项目由国家发改委统一核准，到2010年，获得正式批准的项目仅5个。

3 上海煤气化多联产发展路径

在煤气化多联产领域，上海拥有完善的配套产业、装备制造和学科基础，在国内基础优势突出。华东理工大学煤气化技术研究达到国际先进水平；上海电气集团在关键设备气化炉和燃气轮机已具备一定制造经验，并获得了国内首台IGCC机组的订单；上海华谊集团是国内首家引进和消化煤气化技术的企业，煤基多联产羰基合成在国内处领先地位，正结合吴泾化工区转型和安徽无为煤化工产业基地建设，拓展下游产品，实现高端发展；上海交通大学、上海发电设备成套设计研究院、华东电力试验研究院、上海电力股份公司、申能集团在IGCC电站系统研究方面也已经开展了大量工作，并取得多项成果。

煤气化多联产系统庞大复杂，包含众多的能量、物质的交换，对整个系统进行透彻的分析，了解其中各项参数对系统的影响是建立一个高效安全的系统的前提。在煤气化多联产系统中，包括动力流程和化工流程两大块，且两大流程之间存在很多的交叉联系，即能源和化工领域的交叉渗透，需两方面的专业人才共同配合，才可能建立一个高效可行的多联产系统。

因此，上海发展煤气化多联产产业，需要组织一支集电力、化工两大领域为一体，由企业、高校、研究机构等骨干单位组成，产学研联合攻关的煤气化多联产科技研发团队；并以IGCC和大型炼油乙烯工程相结合的示范项目为载体，充分发挥专家队伍作用，开展技术研究工作，建设试验研究基地，加强技术支撑体系建设，推动产业创新发展，在各项关键技术及装备取得突破，完全掌握有自主知识产权的核心技术，形成自主研发能力和电站系统集成能力；实现在国内率先形成IGCC燃气轮机和气化炉等全套设备设计制造能力和工程总承包服务能力，建成燃气轮机、气化炉等IGCC关键设备产业化制造基地。为加快上海科技创新体系建设和产业结构优化升级，推进我国IGCC产业及煤炭清洁利用技术的发展，保障我国能源安全和减缓温室气体排放作出贡献。