煤基多联产产业链

第18例　煤基多联产产业链

一、煤基多联产产业发展现状

我国的能源结构决定了煤炭在今后相当长的时期内仍将是我国的主要一次能源。据预测，到21世纪中叶，煤炭在一次能源消费中所占的比例仍将在50%以上。煤基多联产系统是高效、经济、灵活的煤炭综合利用技术。煤基多联产系统将不同行业领域的多种煤炭转化、利用技术集成优化为一个整体系统，高效、经济、洁净、灵活地实现对煤炭资源的综合利用，解决燃料和电独立生产时效率低、产品制造成本高的问题，在系统内部控制污染，大大降低各种污染物排放，集中体现了能源的洁净利用与煤炭下游能源产品的多样化，在经济上达到充分的弹性结构，具有非常强劲的市场竞争力，是实现煤基洁净能源与化石优质能源竞争的重要途径。与常规燃煤发电和煤基化工相比，煤基联产技术是一种跨越式发展。

煤基多联产产业是指利用单一的设备（气化炉）中产生的“合成气”来进行跨行业、跨部门的生产，以得到多种具有高附加值的化工产品、液体燃料、以及用于工艺过程的热和发电等。多联产系统能够从系统的高度出发，结合各种生产技术路线的优越性，使生产过程耦合在一起，彼此取长补短，达到能源的高利用率、低能耗、低投资和运行成本、以及最少的生命周期污染物排放目的。目前煤基多联产的技术主要分为三类：①以煤热解为基础的热电气多联产技术，②以煤部分气化为基础的热电气多联产技术，③以煤完全气化为基础的热电气多联产技术。

自20世纪80年代起，美国、欧盟和日本等国政府分别制定和实施了IGCC和煤炭联产研发计划。2004年欧盟开始执行HYPOGEN项目，该项目以建成煤气化基础，生产电力和氢并进行CO₂分离和处理的近零排放电站为目标。日本新能源开发机构于1998年提出了以煤气化净化、燃气发电和燃料电池发电为主要内容的EAGLE多联产计划。

我国也开始研发煤基多联产系统，如北京燕山石化公司的“煤代油”的联产系统、上海焦化厂的“三联供”系统以及充矿集团简单叠加的多联产系统等。总之，多联产已成为世界能源系统可持续发展的重点方向。但是，多联产系统集成理论尚未引起足够重视，缺乏全面和深层次研究，还没有形成完整的理论体系，相关理论的研究滞后于工程应用的发展。

二、煤基多联产产业发展趋势

煤基多联产产业是以煤炭资源合理利用为前提，在相关技术发展水平上，以煤炭资源的利用价值、利用过程效率、经济效益以及环境污染等作为综合目标函数的多个子系统的优化集成，从而实现煤炭资源的分级利用、高效率利用、高经济效益以及极低污染物排放。其发展趋势主要体现在：

一是要统筹规划，逐步发展：从煤炭转化系统的技术集成、经济规模、煤炭用量以及产品种类设置方面来看，其建设应尽可能集中大型化；同时，随着产品市场需求的不断发展，其终端产品的设置应分阶段考虑，产品种类从少到多，逐级深入发展。

二是要集中力量，联合攻关：煤基多联产是一个复杂的、技术含量高的产业，国家应该加强规范化管理，从国家的整体利益出发，集中各行业的优势力量联合攻关，加快多联产的研究开发和产业化发展进程。

三是政策引领，资金扶持：从多联产煤炭转化系统的现实意义和战略高度来看，它关系到中国社会、经济、能源、环境的协调发展和国家能源供应的安全保证。因此，应在相关政策方面对多联产的研究开发，特别是产业发展进行必要的规范和引导，同时在开发费用和示范项目建设资金上给予强有力的支持。

三、煤基多联产产业链构建

煤基多联产技术的具有以下几方面的优越性：一是以煤气化为中心的超清洁技术原料煤经过纯氧气化之后，得到的合成气可以达到很高的除尘和脱硫率，其污染物的排放指数将有效降低。如SO_X、NO_X和粉尘的排放量，分别可达欧共体污染物排放限制的18%、65%和2%，达到环保极限要求。其次，煤气化技术可以根据不同的需要使用不同的煤种，特别是有效、清洁地使用我国的高硫、高灰份煤，回收煤中含有的硫，变废为宝。三是技术工艺路线可以进行链接和耦合。气化炉出来的粗煤气经过除尘和脱硫之后，可以分配成若干部分，供应不同的生产过程。由于各部分的比例可以根据需要灵活地进行调整，因而可以达成各方面的协调生产。如，在使用煤气进行发电的时候，发电机组经常会遇到调峰问题，如果在不需要多发电的时候，把多余部分的合成气用来生产其他的产品，如甲醇、二甲醚等，使能量以化学能的形式加以保存。而在用电高峰期，减少生产的甲醇，甚至以甲醇为燃料发电，可以解决目前发电机组因调峰所造成的能量损失和浪费。如果再从耦合技术路线的角度出发，使各条技术路线取长补短，实现能量的梯级利用，将更能体现多联产系统的优越性。四是大大减少温室气体CO₂排放的可能性。通过煤气化技术和其之后的转化反应，CO₂有可能直接被分离出来，得到很高纯度的CO₂，避免在燃烧后被N₂稀释，使CO₂的综合利用和埋存成为可能，很好的满足环保要求。五是为我国今后氢能源体系提供能源基础。用氢气或液化氢气作为燃料，热值高，燃烧后的产物是水，污染物排放为零。从长远来看，氢气作为载能体，可作为分布式热、电、冷联供的燃料，实现当地污染物和温室气体的零排放。以氢为燃料的低温可交换质子膜燃料电池PEM FC是目前最理想的汽车动力，燃料电池具有供电灵活、集中和分布式相结合、发电效率高等一系列优点，作为固定式使用是未来的发展方向。氢能的大量利用，对改善我国的能源结构，实现能源资源多样化，保障我国的能源安全将起积极的作用。

煤基多联产实现途径较多，以煤电、建材、煤化工、氟化工等产业链耦合的煤基多联产产业链最为常见，主要产品为电能、水泥、炭黑、管材、氯丁橡胶等产品。

以煤电、建材、煤化工、氟化工等产业链耦合的煤基多联产产业链重点产品为：

（一）炭黑

炭黑是一种无定形碳，质轻、松、极细的黑色粉末，表面积较大，是有机物在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解的产物。炭黑可做黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂。生产颜料炭黑的原料是石油产品和沥青煤焦油产品，主要的生产工艺有：灯黑生产工艺、气黑生产工艺、槽黑生产工艺和炉黑生产工艺。

（二）纳米碳管

纳米碳管是管状的纳米级石墨材料，是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管。纳米碳管具有高的机械强度和弹性，优良的导体和半导体特性，高的比表面积和强的吸附特性等。主要应用于储氢和储能、单电子晶体管、高能微型电池、高能电容器、高温防护材料等。

（三）氯丁橡胶

氯丁橡胶是由氯丁二乙烯聚合而成的一种高分子弹性体，是一种通用型特种橡胶，除具有一般橡胶的良好特性外，还具有耐燃、耐油、耐化学腐蚀等优异性能，因此在各种合成橡胶中有特殊的地位。