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煤炭清洁高效利用之路越走越宽
字号:[    ] 发布时间:2022-01-04 09:36:26 来源:中国能源报 发布人:刘一鸣
  12月19日,国家能源集团宁煤煤制油项目今年累计产出油化品405万吨,标志着这个全球单套规模最大煤制油项目,自建成投产5年以来首次实现达产,为煤炭清洁高效利用再添样本。
  宁煤煤制油项目为400万吨/年煤炭间接液化项目,2016年12月产出合格油品,我国由此成为世界上少数掌握直接、间接两种煤制油工艺的国家。5年来,项目累计开展4轮次、559项关键技改,对气化的关键路径和环节进行5000多次革新,持续攻克影响安全稳定清洁运行的“卡脖子”技术,累计投入环保资金70亿元,有效解决大气、污水和固废排放难题。在“稳起来”的基础上,项目正在朝着低碳化、清洁化、高端化的方向“优起来”。
  中央经济工作会议强调,要立足以煤为主的基本国情,抓好煤炭清洁高效利用;推动煤炭和新能源优化组合。以煤制油为代表,煤炭行业正积极展开探索。
  清洁高效利用已具备基础
  “煤炭的使用历史悠久,产业链完善、技术成熟,在保障电力供给、稳定产业链供给等方面具有重要作用,是维护我国能源安全的最可靠资源。实现碳达峰、碳中和目标不能冒进,必须用好化石资源特别是煤炭资源,坚持走煤炭清洁高效利用的道路,发挥好煤炭支撑经济社会发展、保障能源安全的压舱石、稳定器作用。传统能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基础上。”在中国工程院院士刘中民看来,中央经济工作会议的相关要求,将会有效遏制个别地方简单“一刀切”限制煤炭的不当做法,释放了稳步、有序利用煤炭的积极信号。
  中国矿业大学低碳能源研究院院长桑树勋认为,实现煤炭清洁高效利用,本身就是低碳发展的组成部分。“低碳化不代表不用煤了,而是通过低碳化技术创新实现用煤少排碳、不排碳,加快煤炭由燃料向原料转变。以新型煤化工和煤基碳材料为代表的碳科学技术快速发展,将成为煤炭清洁高效利用的主要动力。”
  事实上,煤炭清洁高效利用在我国有深厚基础。以化工用煤为例,中国石油和化学工业联合会会长李寿生介绍,我国现代煤化工产业已形成相当大的规模,煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇等主要产品,均已实现大规模工业化生产,示范装置可做到长周期稳定运行。“现代煤化工项目大多为近几年新建的项目,在技术路线选择、设备选型、安全设施配套、工程建设等方面起点较高,具备安全、环保生产的硬件基础,取得了一批世界级科技成果。与燃烧发电相比,煤化工排放的二氧化碳浓度高、易回收、成本低,其中70%可实现回收,用于碳捕集、利用与封存及其他工业领域。”
  煤炭和新能源互补性明显
  早期的清洁高效利用方式多为煤炭行业的“单打独斗”,如今的方式则正在走向“与新能源组合优化”。
  宁煤煤制油项目相关负责人表示,将继续提升项目清洁低碳运行水平,探索新能源制氢与煤制油化工产业耦合发展。
  宁夏宝丰集团以煤制烯烃为主业,目前也正在打造太阳能电解水制氢综合示范项目,由此生产绿氢、绿氧直供化工装置,分别替代以煤炭作为原料、燃料生产的高端化工产品。该集团相关人士告诉记者,煤制烯烃排碳的主要原因是,煤的碳含量高、氢含量低,烯烃的氢含量高、碳含量低,因此需要用煤和水制取氢气,其过程排放二氧化碳。“用新能源电解水制氢替代煤制氢的技术路线已经打通,只要有足够的绿氢,碳排放问题可以基本消除。”
  中国科学院大连化学物理研究所专家靳国忠证实,煤炭作为高碳能源,利用过程排放二氧化碳,在原理上不可避免。仅依靠行业自身的技术进步和效率提升,实现清洁低碳仍面临挑战。“通过跨领域多能融合技术,打破能源领域行业壁垒,与新能源互补耦合,既能解决煤炭清洁高效利用的难题,还能促进非化石能源规模化利用。以60万吨/年煤制烯烃项目估算,当补入足够的绿氢和绿氧后,每吨产品的煤耗、碳排放大约分别下降48.8%和70.6%,二者结合的经济、生态效益显著。”
  “实践证明,在能源替代过程中,‘化石能源+碳捕集、利用、封存’与‘新能源+储能’不是非此即彼的简单竞争关系。当前,煤炭与新能源具有良好的互补性,可充分利用燃煤发电为新能源消纳提供调峰和匹配支持,也可依托煤炭矿区和煤炭基地大力开发利用新能源,并在燃烧、能源转化等方面形成耦合,让煤炭在清洁高效利用的同时减少碳排放。”桑树勋称。
  强化科技创新是当务之急
  有了新能源的加入,煤炭如何进一步做好清洁化、低碳化?
  “总体来说,就是要突出煤的原料属性,逐步弱化煤的燃料属性。需要以前瞻性和变革性技术为引领,超越能源领域限制,促进各能源种类以及产业之间的多能融合,提升煤的清洁高效利用水平,高效率实现二氧化碳转化利用。”靳国忠表示,还需着力解决依靠单个领域科技发展难以突破的跨系统问题,将煤炭清洁高效利用放到“双碳”背景下统筹考虑。
  李寿生也称,应努力打破目前各行业按技术和工艺相互隔离的传统发展方式,积极探索以资源综合利用为纽带、不同行业耦合发展的新模式。“要利用现代煤化工基地的可再生能源优势,如风能、太阳能等制取绿氢,部分替代煤制灰氢。在现代煤化工项目中,燃煤工业锅炉、电站锅炉、火炬等公用工程需要的电能和热能,与可再生能源相结合,可以减少燃料煤的使用,因此应充分发挥煤炭的原料价值。”
  李寿生提醒,产业链过短、高端产品比率较低,作为行业长期面临的突出矛盾,同样不可忽视。“不解决同质化问题,势必造成产能过剩、无序竞争的被动局面。主要原因是科技创新未能跟上产业发展需要。虽然目前新技术研发活跃,但大多处于实验室或中试阶段,还需进行工业化示范验证,特别是二氧化碳资源化利用技术亟待开发。强化科技创新,突破制约绿色低碳发展的关键核心技术,提高煤炭资源的综合利用效能,推进产品高端化、多元化、低碳化是当务之急。”
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