【科普】黑色煤走上“绿色”利用路

一直以来,“绿色加工”都是我国“绿色”化工企业的内在要求,是对传统生产方式的革命性变革,主要是以生态工业理论为指导,建设园区生态链和生态网,最大限度地提高资源利用率,从工业生产的源头上将污染物的排放量减到最小,从而使资源价值实现最大化。目前,我国的内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗化工企业已申请注册了“准格尔绿色煤炭”品牌商标,并打出了“用准格尔绿色煤炭,还世界碧水蓝天”的广告语。

新技术让煤更清洁

提起费托蜡,想必大家并不陌生。如今,费托蜡已经广泛地应用在了食品、日用品、医药、化工、材料、电子等众多领域中。它主要是由煤通过费托合成工艺制成,加入高熔点的蜡以起到润滑剂的作用。煤制费托蜡就是以煤为原料,生成合成气,在催化剂的作用下,合成气反应生成烃类,再经加氢精制反应,最后转变成以烷烃为主的混合物。

2021年,我国研发出了“固定床钴基费托制高熔点蜡技术”,该技术主要是通过吨产品合成气耗量低,粗蜡产品的熔点高于110摄氏度,在生产过程中核心催化剂的抗波动能力强、副产物甲烷选择性低、高熔点蜡选择性很高,该技术在原料利用率、蜡产品选择性和时空收率等关键指标上均达到了国际先进水平。

如今,我国对于费托合成技术的研究不止于此,还开发出了高活性能、高抗磨性的费托合成催化剂CNFT-1,其蜡产率提高20%左右,单台反应器的产能提高了16%,不仅推动了煤间接液化的技术进步,还进一步提升了催化剂的转化效率,并改进了催化剂的制备工艺,提高了催化剂的强度。

一直以来,烯烃是一个国家石油化工发展水平的标志,它被称为“石化工业之母”。据资料显示,与石油裂解制烯烃相比,煤制高碳α-烯烃成本不仅大大降低,还在经济性和发展前景上也具有很好的优势。为此,我国在前期开发出独创的纯相碳化铁催化剂的基础上,开发了合成气α-烯烃的技术,使二氧化碳的排放量达到了10%左右,并且,α-烯烃的产率大于35%,其催化剂的活性极高,如果一旦实现工业化的应用,将会破解国际“卡脖子”技术难题,从而降低α-烯烃的价格,才能更好地促进我国α-烯烃产业的发展。针对聚烯烃,新技术的开发主要利用了现有的生产装置,生产高技术含量的高价值产品,利用煤化工路线的特点生产差异化的高端产品,充分体现出了煤化工的优势。

同时,煤基聚烯烃还是产品高附加值,它不仅推动了聚烯烃产业的升级,还开发出了交联聚乙烯的产品,在通用聚乙烯产品的基础上,进行功能化开发。目前,此技术已经在轻量化航天军工装备、高性能海洋应用装备、大型工程车、危化品储运等领域等得到了广泛的应用。

现如今,我国的煤炭已经实现了高端化、多元化、低碳化的绿色利用,这将为煤炭的清洁高效利用、精细化发展提供一个可供选择的现实路径。目前,我国还研发出了轻质高刚复合板材、非金属托辊、聚烯烃管道以及熔喷布原材料等一系列高端化、多元化的产品。此外,我国还自主研发出了一套复合板材蜂窝芯中试生产线,在轻质高刚复合板材上已经在铁路货车盖板上试运行。

让绿色煤电更高效

如今,绿色燃煤煤炭已经成为了我们生产生活中最常见的能源之一,小到炉火加热,大到发电放能。但是燃煤发电却存在着很大的环保问题,每天在燃烧的过程中会释放出大量的二氧化碳,如何解决减少碳的排放,成为了我国目前工作中的重中之重。

自“十三五”以来,我国煤电机组排放的烟尘、氮氧化物、二氧化硫等大气污染物占比不到全社会总量的10%,我国已经建成了全球最大的清洁煤电供应体系。截至2021年底,我国实现超低排放的煤电机组超过10亿千瓦,节能改造规模近9亿千瓦,灵活性改造规模超过1亿千瓦。煤电是经济可行、安全可靠的灵活调节资源,在提升电力保供能力的同时,也能促进能源的可再生发展。

2021年,在我国召开的中央经济工作会议上提出,“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”“要立足以煤为主的基本国情”,实现“双碳”目标,要把促进新能源和清洁能源发展放在更加突出的位置;要坚决控制化石能源消费,尤其是严格合理控制煤炭消费增长。但是必须尊重客观规律,把握步骤节奏,先立后破、稳中求进。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。

国家发改委印发的关于《“十四五”生物经济发展规划》中指出,要推动生物能源与生物环保产业发展,积极开发生物能源,有序发展生物质发电,推动向热电联产转型升级。生物质发电技术与其他清洁发电技术一起将成为未来工作的重要方向。

目前,我国研发出了燃煤耦合生物质发电,新技术主要是减少了煤电碳排放,这项技术是指生物质在循环流化床气化炉中完成高效气化,产生燃气经过净化系统除尘后,以热燃气的方式直接送入大型燃煤电站锅炉,与煤粉进行混烧,利用原有发电系统实现高效发电的技术。燃煤耦合生物质发电,不仅降低了原燃煤电厂污染物及温室气体的排放量,还综合利用生物质与煤炭资源,逐步减少了能源的消耗量,缓解社会发展对能源需求的压力。

以60万千瓦的燃煤机组为例,耦合3万千瓦的生物质量,按生物质发电每年运行5000小时计算,每年可以减少12.39万吨二氧化碳的排放,按照我国碳交易平均价格50元每吨,单二氧化碳减排就可以创造619.5万元的效益。

我国每年产生的农林废弃残余物约12.5亿吨。其中,可供收集的农作物秸秆资源量约6.9亿吨,除肥料、饲料、基料、原料等产业消纳约3.5亿吨外,可供能源化利用的约3.4亿吨;还有可供能源化利用的林业加工剩余物约3.5亿吨,这些生物质气化耦合发电不仅破解了秸秆的社会治理难题,还成为了我国具备煤电耦合生物质发电的资源条件。

降碳并不意味着清碳、“去碳”。目前,我国正处于工业化、城镇化快速发展阶段,尤其作为世界第一制造业大国,为全球提供大量物资产品,对能源的需求还在增长。资料显示,从国内资源情况看,煤炭是我国最主要的能源,且中长期还未出现可以完全替代煤炭的无碳或低碳能源;从国际形势来看,当前地缘政治冲突导致全球化石能源价格大幅上涨,就要将能源饭碗牢牢端在自己手中,更应该踏实做好煤炭清洁高效低碳化的利用工作。

近年来,在我国大力推进大气污染防治工作,生态环境部发布的数据显示,2021年,煤炭占能源消费总量比重由2005年的72.4%下降到了56%;全国单位GDP二氧化碳排放同比下降了3.8%,比2005年下降了50.3%。通过技术改造、创新发展,让传统能源实现绿色发展。此前,我国通过出台能效提升、超低排放、减煤替代等政策措施和提升燃烧、减排等相关技术,按期实现了大气环境质量的根本改变,这也充分证明了煤炭的可清洁性,同时凸显出了煤炭清洁高效利用的重要性。

2022年,习近平总书记在全国“两会”上提出了富煤、贫油、少气是我国的国情,以煤为主的能源结构短期内难以根本改变。实现“双碳”目标,必须立足国情,坚持稳中求进、逐步实现。近日,国家发展改革委等部门联合印发了关于《煤炭清洁高效利用标杆水平和基准水平(2022年版)》,明确了煤炭清洁高效利用相关指标。推动煤炭减污降碳、提升利用效能,也有了更清晰的参考引导体系。

那么,如何判断煤炭是否实现清洁高效利用了呢?首先,煤炭“高效”利用主要体现在了能效水平上,“清洁”则是利用在大气污染物排放水平上,新出台的文件设置了标杆和基准两档取值,都可以带动行业整体水平滚动提升。

在我国煤化工矿业企业,企业内部有着明确的规定,从矿井的内部出发到采矿工人将煤炭开采、运输、提升到地面,经过分拣后筛选出可用煤炭送到火力发电厂。电厂根据发电用煤需求,利用输煤皮带把相应数量的煤炭输送至碎煤机,磨制成细小颗粒的煤粉置于炉膛燃烧,用于加热锅炉中的水并生成高温高压的水蒸气,带动汽轮发电机转动实现发电。发出的电能升压后,经高压输电线路送至千家万户,一块煤就完成了它的发电“使命”。

不仅如此,煤电机组改造也是节能降耗的重要手段之一,极大地实现了煤炭清洁的高效利用,同时还可以在煤炭洗选、燃煤发电、燃煤锅炉供热、煤炭转化等领域做好清洁工作。煤炭洗选是煤炭清洁的基础性环节,代表了煤炭加工的发展方向,燃煤发电、燃煤锅炉供热、煤炭转化(煤化工)是煤炭消费的主要领域,这三大领域的煤炭消费量占煤炭消费总量的85%以上。

近年来,我国在煤炭清洁高效利用领域取得不少成果,例如在煤炭生产开发方面,推进智能化开采等技术提高采煤效率;煤炭利用方面,深入实施煤电机组改造、研发清洁发电等技术实现节能减排;煤炭转化方面,煤制油、煤制天然气、煤制烯烃等化工技术取得重大突破,形成了一套我国独有的洁净技术体系。

其中,在燃煤发电领域,明确新建机组为湿冷机组,其供电煤耗达到了270克标准煤/千瓦时为标杆水平以及达到了285克标准煤/千瓦时为基准水平,这些指标都达到了国家现有的准入值和限定值。

近年来,我国已经形成了包含煤炭分选、提质加工、清洁转化与污染物控制的洁净煤技术体系,在燃煤超低排放发电、高效煤粉型和水煤浆工业锅炉、现代煤化工等领域取得了重大技术突破,能源利用效率不断上升,环保水平不断提升。

但受到地区和企业间煤炭清洁利用技术发展不平衡、核心技术自主创新能力短板、管理机制与政策环境不完善等多种因素的制约,我国煤炭清洁利用水平还存在差距,仍亟待加强科技创新、提升煤炭清洁利用效率和质量。在煤炭产业低碳转型背景下,未来亟需对700℃等级高温合金材料、低阶煤规模化提质利用、煤炭转化与产品深加工成套装置、低成本CCUS等领域持续加大核心技术攻关,推动煤炭清洁低碳利用。

“谈煤色变、一刀切‘去煤’”已经成为了过去式,清洁高效用煤的技术正不断成熟并有新突破,未来应正确认识我国能源资源禀赋条件,持续投入研发,给予政策支持和引导,走出一条符合我国国情的煤基能源低碳化发展之路。

生态周刊记者 范琛返回搜狐,查看更多