中國工程院副院長、院士 謝克昌

　　煤是我國的主體和基礎(chǔ)能源。世界各國的能源結(jié)構(gòu)中化石能源平均占了80%，煤占28%。而中國的化石能源占到93%，煤占到70%左右。按照“十一五”規(guī)劃，2010年度我國的能源消耗是27億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，但到目前為止僅煤炭已超過32億噸。據(jù)今年6月出版的《世界能源報告》數(shù)據(jù)，2009年中國煤炭消耗占了世界的46.9%，這一現(xiàn)實值得我們高度關(guān)注。

　　一方面由于稟賦特點是能源資源的主要提供者，另一方面因為技術(shù)落后又是環(huán)境生態(tài)的主要污染源，煤炭對中國是棘手的兩難選擇，煤的清潔高效利用是唯一出路。加強(qiáng)煤的清潔高效綜合利用技術(shù)開發(fā)，推進(jìn)傳統(tǒng)能源清潔高效利用應(yīng)該是國家能源戰(zhàn)略的重中之重。

　　目前，世界煤化工的主戰(zhàn)場在中國，煤炭能源化工是現(xiàn)代煤化工的重要表現(xiàn)。針對曾經(jīng)出現(xiàn)的煤化工熱，國家早就提出要科學(xué)規(guī)劃、有序發(fā)展煤化工，結(jié)果不但沒有冷下去，還遍地開花。根據(jù)中國的能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，近、中期中國能源發(fā)展戰(zhàn)略的重點應(yīng)該是煤的清潔高效和低碳化利用。煤化工和煤的高效清潔利用是什么關(guān)系？煤化工過熱是不是限制了煤炭潔凈高效利用發(fā)展和推廣？

　　我認(rèn)為，煤化工是煤炭能源清潔高效利用技術(shù)開發(fā)的重要學(xué)科支撐，但煤化工應(yīng)以煤的清潔高效利用為前提，循環(huán)經(jīng)濟(jì)型煤炭能源化工是實現(xiàn)煤炭清潔高效利用的重要途徑，必須科學(xué)認(rèn)識煤化工，大力推進(jìn)煤的清潔高效利用。

　　中國是世界煤化工的主戰(zhàn)場

　　傳統(tǒng)的煤化工路線包括煤炭焦化、煤氣化—合成氨—化肥、煤—電石—乙炔—聚氯乙烯，以中國為主，產(chǎn)量占世界的1/3以上，對全國GDP貢獻(xiàn)約3%。煤化工的特點表現(xiàn)在基礎(chǔ)研究多學(xué)科，工程開發(fā)多技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)多投資，經(jīng)濟(jì)效益多因素，高碳排放高水耗。傳統(tǒng)煤化工已形成了我國煤化工的產(chǎn)業(yè)鏈。

　　新一代煤化工是指以煤氣化為龍頭，以一碳化學(xué)為基礎(chǔ)，合成各種替代液體燃料及化工產(chǎn)品。

　　我國神華百萬噸級直接液化裝置已成功開車、運行基本正常；兗礦百萬噸間接液化示范項目進(jìn)入核準(zhǔn)階段；兩套16萬噸/年間接液化和一套10萬噸/年甲醇制汽油裝置都已運行�？傮w來說，我國已經(jīng)基本掌握煤直接、間接液化技術(shù)，但工業(yè)化示范有待完善。而國外則規(guī)劃多，落實少。

　　對于煤制甲醇路線，國外以天然氣為主要原料，國內(nèi)則以煤系原料為主，可是建設(shè)不盡落實、生產(chǎn)不太景氣，2008年產(chǎn)量僅為產(chǎn)能的54%。但甲醇作為替代燃料興旺，MTO，MTP，MTG，MTA研發(fā)蓬勃。

　　煤制二甲醚國外很少，國內(nèi)2008年產(chǎn)能600萬噸，產(chǎn)量僅有200萬噸，開工率30%。2010年預(yù)計車用二甲醚需求僅僅20萬噸，15%替代液化石油氣450萬噸，仍然供大于求。

　　煤制天然氣能量轉(zhuǎn)化率較高，可達(dá)約53%，是目前從能效、水耗、煤耗和投資上都較好的一條技術(shù)路線，因此是引起廣泛關(guān)注的新一代煤化工項目。1984年美國Great Plains公司以褐煤為原料的每天389萬立方米裝置仍在運行，450萬噸原煤/年制合成氣和1萬噸投煤量/天的天然氣—發(fā)電正在建設(shè)。國內(nèi)煤制天然氣可研規(guī)劃已經(jīng)達(dá)到每年950億標(biāo)準(zhǔn)立方米，其中伊犁規(guī)劃總量500億立方米，其他在建的8個有180億立方米。

　　以煤為原料的甲醇制烯烴、合成氣制乙二醇技術(shù)開發(fā)我國領(lǐng)先，目前仍處于工業(yè)化示范階段。采用中科院大化所等單位歷經(jīng)近30年研發(fā)的DMTO-Ⅰ技術(shù)的世界首套甲醇制低碳烯烴60萬噸/年裝置2010年8月在神華包頭投料運行一次成功，而采用DMTO-Ⅱ技術(shù)的70萬噸/年的工業(yè)化示范項目許可也已于2010年10月簽約。

　　綜觀國內(nèi)外煤化工現(xiàn)狀，可以看出：國外不景氣、國內(nèi)過熱；國外小試、中試，國內(nèi)引進(jìn)、放大；國內(nèi)外基本都是項目規(guī)劃多、落實少，產(chǎn)能大、產(chǎn)量�。粐鴥�(nèi)現(xiàn)階段以技術(shù)儲備為重，工業(yè)示范為主；煤氣化是煤化工的基礎(chǔ)和關(guān)鍵過程，其技術(shù)的主要選擇依據(jù)是煤質(zhì)、產(chǎn)品、效率、環(huán)境等特定條件，以適宜為準(zhǔn)；技術(shù)創(chuàng)新和水資源是制約中國現(xiàn)代煤化工發(fā)展的瓶頸。

　　煤的清潔高效利用是必然

　　目前，世界和中國能源消費結(jié)構(gòu)都是以高碳能源為主，中國又以碳排放系數(shù)最高的煤炭為主，污染十分嚴(yán)重。二氧化硫、氮氧化合物的排放已超過環(huán)境自凈能力，二氧化碳的排放更面臨越來越大的壓力，值得注意的還有渣塵年排放量數(shù)億噸中，重金屬已超過2萬噸，其中僅煤燃燒排放的人為源汞就占到汞排放總量的40%，對人體危害很大。

　　需要特別指出的是，現(xiàn)在我國60%~70%的能源消費是生產(chǎn)性消費，發(fā)達(dá)國家正好倒過來，60%~70%用于非生產(chǎn)性消費。去年哥本哈根會議上歐盟等發(fā)達(dá)國家提出全球到2050年碳排放減半，其中發(fā)達(dá)國家占80%，發(fā)展中國家占20%。2005年全球碳排放272億噸，按這個標(biāo)準(zhǔn)，2050年減半是136億噸。這對以煤為主要能源并正處于工業(yè)化中期的中國是不公平的。但作為負(fù)責(zé)任的大國，我國提出了明確的碳減排目標(biāo)，任務(wù)之艱巨，壓力之巨大，顯而易見。

　　對于中國來說，如果不用煤，能用什么能源？除煤以外的其他各種能源，從長遠(yuǎn)看都可以用，但就近、中期，指望它們擔(dān)當(dāng)主體，不得不考慮石油和天然氣的儲量短缺和引進(jìn)困擾；風(fēng)能、太陽能的有效性和實用性；水能的地域和生態(tài)局限性；核能的原料供應(yīng)和廢料處理問題。因此，潔凈煤雖然不是“銀彈”，但不得不再燒幾十年。
 
　　面臨著以高碳排放煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)和以能耗大、污染重的重化工業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與綠色、低碳發(fā)展迫切需求之間的矛盾，中國必須“加快發(fā)展高碳能源低碳化利用和低碳產(chǎn)業(yè)”(2009年《全國人民代表大會常務(wù)委員會關(guān)于積極應(yīng)對氣候變化的決議》)；“大力發(fā)展低碳技術(shù)；努力建設(shè)以低碳排放為特征的產(chǎn)業(yè)體系和消費模式”(2010年《政府工作報告》)；“加強(qiáng)煤的清潔高效綜合利用、煤轉(zhuǎn)天然氣、煤制重要化學(xué)品技術(shù)研發(fā)”(胡錦濤，2010年6月7日在兩院院士大會上的講話)；“推進(jìn)傳統(tǒng)能源清潔高效利用”(中共中央關(guān)于制定“十二五”規(guī)劃的建議)。

　　在國家能源局列出的低碳能源技術(shù)中，化石能源清潔高效利用技術(shù)排在第一位，當(dāng)然主要是指煤炭的清潔高效利用。我認(rèn)為，煤炭的清潔高效利用應(yīng)該包括煤的安全、高效、綠色開采，煤利用前的預(yù)處理，煤利用中的污染控制與凈化，新型清潔煤燃燒，先進(jìn)燃煤發(fā)電，先進(jìn)輸電，煤潔凈高效轉(zhuǎn)化，煤基多聯(lián)產(chǎn)和煤利用過程中的節(jié)能減排。

　　其中，煤潔凈高效轉(zhuǎn)化技術(shù)主要指現(xiàn)代煤化工，即以煤熱解、氣化為基礎(chǔ)，以一碳化學(xué)為主線，以單元過程優(yōu)化集成為途徑，生產(chǎn)各種替代燃料和化工產(chǎn)品，如天然氣、甲醇、二甲醚、合成油、烯烴、精細(xì)化學(xué)品等。

　　煤化工學(xué)科是煤清潔高效利用的重要支撐

　　煤化工和煤的清潔高效利用是什么關(guān)系？我認(rèn)為煤化工的學(xué)科基礎(chǔ)、技術(shù)進(jìn)步、發(fā)展方向均與煤的清潔高效利用，特別是與煤燃燒、煤轉(zhuǎn)化、污染物控制、凈化和利用等密切相關(guān)。

　　比如煤化工的學(xué)科與科技進(jìn)步主要有幾個方面，如原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)、原料路線選擇優(yōu)化、單元過程優(yōu)化集成、新型分離技術(shù)組合以及定向反應(yīng)與合成，對應(yīng)可指導(dǎo)煤的清潔高效利用中碳、氫、氧有效組分高效轉(zhuǎn)化，硫、氮等污染組分聯(lián)合脫除；富碳、富氫原料充分利用，劣質(zhì)煤與生物質(zhì)綜合利用；提高物料轉(zhuǎn)化效率，實現(xiàn)能量梯級利用；高溫氣體凈化分離，反應(yīng)分離一體化；新型清潔煤燃燒、低碳產(chǎn)品合成與低碳排放過程。所以說，煤化工從學(xué)科和本身的科技進(jìn)步上對煤的潔凈高效利用有很重要的直接支撐作用。

　　例如，潞安16萬噸/年煤基合成油聯(lián)產(chǎn)30萬噸/年尿素，不僅可以每年減排CO2 41萬噸，而且通過低熱值尾氣的IGCC發(fā)電可以聯(lián)產(chǎn)11.5兆瓦的電力。再如由太原理工大學(xué)等單位承擔(dān)的國家“973”項目，利用氣化煤氣中的CO2和焦?fàn)t煤氣中富含的甲烷，通過它們在特定條件下的重整反應(yīng)制取合成氣進(jìn)而生產(chǎn)醇醚燃料和電力，不僅可以使煤中碳、氫、氧達(dá)到原子經(jīng)濟(jì)性利用，而且有助于CO2的源頭減排和節(jié)水。由于通過集成優(yōu)化，可以使能量流、物質(zhì)流、 流梯級利用，煤基熱電化多聯(lián)產(chǎn)這一集資源、能源、環(huán)境一體化能源系統(tǒng)被專家認(rèn)為是“綜合解決我國能源問題的重要方案”。如果將這一認(rèn)識拓寬至從煤的開采洗選，通過焦化、氣化、液化等組成的化工產(chǎn)品鏈，與發(fā)電、供熱、污水處理、建材等集成優(yōu)化就可以形成循環(huán)經(jīng)濟(jì)型的煤炭能源化工，全面實現(xiàn)煤的清潔高效利用。
 
　　綜上所述，煤化工是煤的清潔高效利用技術(shù)的重要支撐，其發(fā)展趨勢是單元技術(shù)的新型化、生產(chǎn)技術(shù)的綠色化和工藝過程的集約化。我們應(yīng)根據(jù)煤化工的特點、作用和趨勢，“以低碳綠色為目標(biāo)，以原料資源為基礎(chǔ)，以市場效益為前提，以生產(chǎn)技術(shù)為關(guān)鍵”科學(xué)規(guī)劃、有序發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)型煤炭能源化工。

來源：科學(xué)時報