煤气化技术发展助力中国减少排放和降低成本

作者：高山河；国际思捷有限公司, 香港

煤气化技术发展助力中国减少排放和降低成本

作者：高山河；国际思捷有限公司, 香港

随着中国现代城市化的发展，能源的消费逐渐转向天然气，包括电力行业在内的许多工业领域要么已经开始把天然气作为主要燃料，要么正计划着在近期向着这一方向转变。推动这一发展趋势的主要因素是人们对于环境问题的担忧和中国在当前的“十二五”（2011—2015）期间对于清洁能源产业的大力支持。国家对于全国范围在减排方面的政策也增进了清洁及绿色能源的发展，这将有助于中国减少对环境足迹的不良影响。

为满足国内对更为清洁的天然气需求的不断增长，中国一直在加大从国外进口管道天然气和液化天然气；而且石油和天然气价格一直居高不下，使得能源工业领域更为关注如何通过利用国内生产的价格低廉的煤炭生产出天然气的有效替代品。近年来，国内的一些能源企业已经投入数十亿美元的物力人力用以对国内广阔的煤炭资源进行气化加工，获得合成气和工业化学制品。煤气化是国家开发国内资源规划中的重要组成部分，煤气化过程产出的产品有合成天然气、液化煤、二甲醚、烯烃、乙烯和乙二醇等。

中国煤炭资源丰富，据最近的统计显示我国煤炭保有储量高达一万亿吨。但是，由于运输问题，大部分的储煤并非经济可采储煤，70%的储煤位于西部贫瘠的边远地区，如内蒙的鄂尔多斯盆地和新疆的准格尔、吐哈盆地。然而，如果这些位于边远地区的煤炭资源能够得以开采并就地进行气化处理，一旦将其转化成合成天然气就可用管道输送至有能源需求的地区。通过这种方式，煤炭加工所产生的污染物对环境带来的破坏便可在生产的源头通过高科技煤气化设备得到更好的控制。虽然我国煤储量丰富，但是油气短缺，因此煤气化是提升我国通过环境友好型途径满足国内能源需求的能力的一项有效解决方案。

进口燃气价格不断上涨，而且人们也担心未来是否能够保持天然气的供应，使得中国急切需要找到替代性的解决方案来开发国内能源。煤气化不仅是获得天然气的一个新的来源，而且也能带来了大量多种不同的工业化学制品。鉴于煤炭气化后的实际用途广泛而且效益优良，全球的能源和化工企业把煤气化看作许多全球性问题的一项有效解决方案。对于煤炭资源丰富而油气资源严重依赖进口的各国而言，煤气化更是一项优良的能源解决方案。煤气化产出的合成气将有效降低国家对进口油气的依赖。当下中国的煤炭储备丰富，而且在未来的几十年里将会保持着这样的储备优势。相比进口油气而言，煤炭的价格要低廉许多，使得开发合成气的成本更低、价格更为稳定。

环保发电与工业化学制品生产

中国的煤气化工业一直在向前发展，通过引进国外气化技术获取经验，同时消化国外技术发展本国的气化设备。我国目前已根据需要引进了西门子公司的先进煤炭气化技术，并对其进行消化研发。西门子的500MW级煤炭气化炉整体设计长18米、内径3米、重220吨，是全球最大型、功能最强大的高效的煤炭气化炉。该气化炉煤炭日处理量达2000吨。西门子煤气化工艺先进，硬煤、褐煤及其他物质如生物质、石油焦和精炼厂废料等都可作为原料用来生产合成气；同时在气化过程中经净化系统处理彻底清除硫和二氧化碳等环境污染物。经过净化后的合成气将可用作环保型发电燃料或是化工行业中的原料。西门子500MW级煤炭气化炉整体设计简单、可用性高、维护要求低、同时具有快速开车和快速停车的特点。

高效气化炉所生产出的合成气适用于整体煤气化联合循环工厂（IGCC）的发电、工业化学制品与合成燃料的生产。整体煤气化联合循环发电厂把最新的气化工艺和先进的燃气轮机、蒸汽轮机发电技术相结合。西门子整体煤气化联合循环发电系统先是在气化炉中生成合成气，然后合成气经过净化系统处理进入燃气轮机的燃烧室燃烧发电。整体煤气化联合循环发电系统的排放水平能够满足当今最为苛刻的排放规章的要求，实际上它的表现性能甚至能超过最为洁净的蒸汽电厂的水准。整体煤气化联合循环电厂采用“先治理后发电”的策略，通过目前已商业化的碳捕集技术直接捕集二氧化碳，根据需求把二氧化碳的排放降至非常低的水平。西门子的气化处理工艺凭借着对包括褐煤、烟煤和次烟煤、硬煤、石油焦和生物质在内的多种不同给料能够灵活适应的品质在国际市场上具有突出的领先地位。

西门子气化处理工艺的独到之处在于它可灵活处理多种类型的煤原料，产出的燃气类型种类繁多。通常，气化过程可用于生产多种类型的燃料，生产出多种不同的终端产品。一个整体煤气化联合循环发电厂会有一个燃气蒸汽联合循环电厂，它的燃气是由上游气化厂来供给的。这样的装置设计使其能够随意使用无法在燃气轮机系统中使用的固体燃料或是液体燃料。同时通过一道额外的程序进行二氧化碳捕集，在进入实际燃烧程序之前把二氧化碳从燃料中分离出来。除了具有独到的多种煤原料气化技术外，西门子在运行精炼厂的煤气化整体联合循环工厂的燃气轮机方面也有经验（如在意大利的Isab能源公司的Priolo Gargallo炼油厂项目和EniPower公司的Sannazzaro炼油厂项目），在这些项目中把精炼厂液质废料进行气化处理生产出的合成气用于燃气轮机发电。目前西门子燃料气化工艺已经应用于中国、澳大利亚和美国等国的多个煤炭相关工程项目中，产出的合成气用作下游化学制品的加工。

在中国，西门子已为神华宁夏煤炭工业集团有限责任公司(SNCG)交付了5台500MW级煤炭气化炉。该类型煤炭气化炉每台具有500MW热容量的生产能力，它们是为中国西北地区宁夏自治区的宁夏煤基聚丙烯生产工厂定制的。2011年夏季，在气化炉交付之后，该厂合成气每小时的产量约54万立方米。神华宁煤集团是一家大型煤炭企业，目前拥有煤炭资源储量241亿吨，煤炭年产量达3300万吨。到目前为止，国家有关部门已核准了神华宁煤集团5项煤化工项目，总投资近1000亿元人民币。这些煤化工项目工厂位于宁东煤田，它是全国13个亿吨级煤炭基地之一。煤化工基地整个作业区面积超过20平方公里，基础设施建设完善，附近有一发电厂。煤田的煤炭品质不一，从质地较软的褐煤到无烟煤都有，而西门子交付的气化炉就是为处理各个不同类型的煤炭而设计的。

宁东煤基地的煤炭气化厂所处的区域类似沙漠，属大陆性气候，这样的气候环境给煤气化设施在设计、工程学以及整套复杂的化工设施带来了更多限制。虽然工厂的用水可以从附近的黄河抽取，但是水资源的不足仍旧是一大问题；因此，在生产过程中需要节约用水和循环用水，而宁东煤基地已经很好地做到了这一点。由气化岛排出的废水经过一系列的污水处理系统的处理，实现了水资源的循环利用，从而在根本上实现了节水。宁煤集团的煤气化项目不仅是本集团迄今为止最大型的项目，而且也是全世界最大型的煤炭气化工程，它采用了当今世界最先进的核心技术和设施。宁东煤基地的开发目的在于把整个基地全面建设成为一个可生产甲醇、二甲醚、聚丙烯和煤制油的综合性的煤化工、煤炭深加工基地。

西门子还为新疆伊犁市的一座煤炭气化厂提供了8台500MW级的气化炉。该工厂把当地的亚烟煤转化为合成天然气，以减少发电和供热用的天然气进口量。在工厂一期完成之时，该厂每年将生产合成天然气近20亿立方米。该煤气化项目属于中电投新疆能源化工集团有限公司，它是中国最大的五家发电企业之一中国电力投资集团公司的子公司。该煤炭气化厂计划将于2015年末上线投产。西门子也为山西省晋城的山西兰花煤化工公司旗下的煤气化厂供应了2台煤炭气化器，安设在原本的煤转氨工厂内，计划采用无烟煤年产30万吨氨和52万吨尿素。

中国不断地在寻找并引进新的技术，确保煤炭生产的清洁能源的稳定供应，尤其是当这些技术能够使煤炭对环境更加友好时中国更是不遗余力地引进。要使燃煤火电厂降低对环境的污染的有效途径就是要提高电厂的效率，采用超临界和超超临界燃煤机组及制粉技术来最大化电厂效率并把污染降至最低。另外一种有效的方法采用目前正逐渐在全球成为流行的煤气化，将污染较大的‘脏’煤碳气化所生成的清洁的合成气可用作整体煤气化联合循环电厂的燃料，整体煤气化联合循环电厂内带有的碳捕集和封存（CCS）系统能够清洁合成气，使电厂达到极高的效率水平，而且废气排放要远低于天然气电厂的排放量。

煤炭在现代中国的基础性关键地位

煤炭在能源、经济以及在中国经济快速发展中生态环境的未来等方面都发挥着举足轻重的作用。自进入21世纪以来，中国的经济增长每年都能超过增长目标。全国范围内对煤炭需求的增长反映出了人民生活水平的持续提升，本国的经济活动和社会的发展。近年来，国家已开始合理化国家的煤炭行业，并发展了许多新型清洁煤炭技术。在当前的“十二五”期间，国家对煤炭行业每年的投资额超过5000亿元人民币。据国家能源局报告称，“十二五”期间将推进国内的煤炭行业企业的兼并重组，让中国的煤炭企业更加国际化。

煤炭工业发展“十二五”规划已经正式公布：规划到2015年，煤炭生产能力达到41亿吨，煤炭产量控制在39亿吨，同时形成10个年产亿吨级、10个年产5000万吨级大型煤炭企业，煤炭产量占全国的60%以上。同时要推进煤矿企业兼并重组，发展大型企业集团，关闭众多资金不足的煤矿和清除老旧和效率低下的煤矿，有序建设大型煤炭基地，保障煤炭稳定供应。最近，国家为降低碳排放，决定到2015年把煤炭产量控制在39亿吨。展望未来，国家已开始鼓励煤炭企业和严重依赖于煤炭的终端企业用户（如发电厂）到国外寻找煤炭资源供应已保证未来中国的能源供应能够健康稳定。

国家能源局统计到2020年我国将消费55亿吨标准煤炭，而且到2030年标煤的消费水平将达到75亿吨。随着环境问题成为了未来能源消费的中心问题，中国已经采取了多项重要措施以增进中国的能源效率。这些发展措施包括采用新型先进技术的，尤其是在中国这样一个70%的能源供应都来自于煤炭的国家。中国一直在按照规划在国家整体经济增长模式的范围内对较为老旧能源密集型产业进行重组升级、节约能源、实现减排目标。中国正在不断接纳各种新型洁净煤技术，如煤制化学制品、煤液化和煤气化等环保的方式增加并加强本国能源的可用性和安全性。世界各国应向中国学习用煤炭实现经济的成功增长。