煤基多联产系统的意义及国内外发展概况
煤基多联产系统的研究进展
２１ ０ ２年 ４月
广
州
化
工
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ８ １４ ． Ａｐ ｉ． ｒｌ２０１ ２
Ｇｕａ ｇ ｈ ｕ Ｃｈ ｍ ｉａ ｎｄ ｓｒ ｎ ｚ ｏ ｅ ｃ ｌＩ ｕ ｔｙ
煤 基 多联 产 系统 的研 究 进展
李春学 ，王宇光 ，司崇殿 ，姜继霞
Ｔｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｏ ｌ— ｂ ｓ ｄ Ｃ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｎ ｒ ｇ ｓ ｆ ｃ ａ ｒ ａ ｅ Ｏ—ｐ ｏ ｕ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｒ ｕ ｒ ｄ ｃ ｉｎ ｓ ｓｅ ｗｅ ｅ ｓ ｍｍａ ｉｅ ｒｚ ｄ，ａ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ ｈ ｙ ｔｍ ｎｄ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｗａ ｒ ｓ ｃ ｅ ｓｐ ｏ ｐｅ ｔ ｄ． Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｃ ａ ｏ ｌ—ｂ ｓ ｄ Ｃ ａ ｅ Ｏ—ｐ ｏ ｕｃｉｎ ｓ ｓｅ ；ｃ ａ ａ ｉ ｃ ｔ ｎ；ｏ ｔ ｍ ｎ ｅ ｒ ｔ ｎ ｒ ｄ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｌｇ ｓｆ ａ ｉ ｉ ｏ ｐｉ ｍｕ ｉ ｔｇ ａｉ ｏ
（ １济宁 学院化 学与化 工 系， 山东 曲阜 ２３０ ；２邹城 市第五 中学 ，山 东 邹城 ７ １０ ２ ３０ ） ７ ５０
摘 要 ： 随着我国资源短缺的日益加剧以及对环境保护的关注日 益提高， 煤基多联产系统作为一种资源利用率高、 环保效果好
的生产 系统 ， 能更好的解 决我国现在所 面临的能源 和环境 问题 ， 是未来煤化工 产业 的发展方 向。本文章综 述有关煤基 多联 产系统 的
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｗ ｉ ｈ ｎ ｒ ａ ｉ ｇ ｓ ｏ ｔｇ ｆ ｒ ｓ ｕ ｃ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｇ ｏ ｎ ｏ ｃ ｒ ｏ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔｌ ｉ ｉ ａ，ｃ ａ ｔａ ｔ ｔ ｔ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓｎ ｈ ｒａ ｅ ｏ ｅ ｏ ｒ ｅ ｎ ｈ ｒ ｗｉ ｇ ｃ ｎ ｅ ｎ ｆ ｒ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ａ ｎ Ｃｈ ｎ ｈ ｏ ｌ— ｂ ｓｄ Ｃ ａ ｅ Ｏ—ｐ ｏ ｕ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ａ ｒ ｓ ｕ ｃ ｔｌ ａｉ ｎ ａ ｄ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ａ ｆｅ ｔ ｆａ ｂ ｔ ｒｐ ｏ ｕ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ，ｗｈ ｃ ａ ｒ ｄ ｃｉｎ ｓ ｓｅ ａ ｅ ｏ ｒ ｅ ｕ ｉｉ ｔ ｎ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｌｅｆ ｃｓ ｏ ｅｔ ｒ ｄ ｃ ｉｎ ｓ ｓｅ ｚ ｏ ｅ ｉｈ ｃ ｎ
关于煤基多联产发展的问题与建议
将 烟 台 Ｉ Ｅ 电 厂 作 为 示 范 工 程 ，开 展 了 国 际 招 标 ， 由 于 Ｇ Ｃ 造 价 太 高 没 有 实 施 ，正 在 研 究 扩 大 规 模 降 低 造 价 ；以 煤 气 化 后 代 替 天 然 气 生 产 化 肥 ，在 渭 河 化 肥 厂 等 已 有 应 用 ；以
前 后 实 现 初级 系 统 的工 业 应 用 ，并 逐 步 向先 进 系 统 发 展 。
耦 合 示 范 ，以及 先 进 系 统 单 元 技 术 的 研 发 ， 尚 未 形 成 大 规 模 工 业 化 生 产 。 美 国 正 在 进 行 路 线 图 制 定 、初 级 系 统 的 工 程示 范 ，同 时启 动 了 先 进 系 统 的关 键 技 术 和 系 统 技 术 研 究 ， 规 划 在 ２ １ 完 成 包 括 电力 、氢 、 液体 燃 料 生 产 和 二 氧 化 ０ ５年 碳 分离 的 先 进 系 统 的 商 业 化 示 范 ； 日本 正 在 进 行 先 进 系 统
煤 气 化 后 生 产 甲醇 、 甲 醛 已 有 许 多 运 用 ： 现 在 正 在 建 设 直
成 、发 电 、供 热 、废 弃 物 资 源 化 利 用 等 单 元 工 艺 构 成 的 煤 炭 综 合 利 用 系统 ，也 称 为 “ 基 多 联 产 系统 ” （ 下 简 称 多 煤 以
联 产） ，其 龙 头 工 艺 是 煤 气 化 ，核 心 是 煤 化 工 和 发 电 的 有 机 结 合 ，具 有 产 品 结 构 灵 活 、 生 产 成 本 低 、 能 源 转 化 效 率 高
国家 “７ ” “ ６ ” 计 划 。有 关 科 研 单 位 和 企 业 分 别 提 出 ９３ 、 ８３ 了符 合 各 自发 展 特 点 的 、多 种 形 式 的 多 联 产 工 艺 路 线 ，有 的 已开 始 进 行 系 统 集 成 研 究 。 山 东 兖 矿 集 团公 司 、华 能 集 团公 司 、神 华 集 团公 司等 大 型 企 业 已 经 制 定 了 多 联 产 发 展
煤基能源 意义
煤基能源意义【原创实用版】目录一、引言二、煤基能源的定义和分类三、煤基能源在我国能源结构中的地位和意义四、煤基能源的优缺点五、煤基能源的发展前景和挑战六、结论正文【引言】在我国的能源结构中，煤基能源一直占据着重要地位。
作为一种丰富的化石燃料，煤基能源对于我国的经济发展和民生保障具有重要的意义。
本文将对煤基能源的定义、分类、在我国能源结构中的地位和意义、优缺点、发展前景和挑战进行详细的探讨。
【煤基能源的定义和分类】煤基能源是指以煤炭为主要原料，通过不同的加工方式，转化为可供人们使用的能源。
根据加工方式的不同，煤基能源主要分为煤电、煤化工、煤制油和煤制气等。
【煤基能源在我国能源结构中的地位和意义】在我国的能源结构中，煤基能源长期占据主导地位。
据统计，我国的煤炭储量世界第一，煤炭消费量也占据全球近一半。
煤基能源对于我国的经济发展和民生保障具有重要的意义。
首先，煤基能源是我国能源消费的主要来源，对于保障我国的能源供应具有重要作用。
其次，煤基能源的低价格，使其成为我国居民生活和工业生产的重要能源。
最后，煤基能源的开发和利用，对于我国的能源安全和能源独立具有重要的意义。
【煤基能源的优缺点】煤基能源的优点主要表现在价格低廉、资源丰富、技术成熟等方面。
然而，煤基能源也存在许多缺点。
首先，煤基能源的开采和利用，对环境造成严重的破坏和污染。
其次，煤基能源的使用，会导致大量的二氧化碳排放，加剧全球气候变化。
最后，煤基能源的资源有限，不能无限制地开发和利用。
【煤基能源的发展前景和挑战】随着我国经济的发展，对能源的需求也在不断增长。
煤基能源在未来一段时间内，仍将是我国能源消费的主要来源。
然而，煤基能源的发展也面临许多挑战。
首先，如何在保障能源供应的同时，减少对环境的破坏和污染，是一个亟待解决的问题。
其次，如何通过技术创新，提高煤基能源的利用效率，也是一个重要的课题。
最后，如何在煤基能源的开发和利用中，实现能源的可持续发展，是我国煤基能源发展的最大挑战。
煤分级利用多联产技术及其发展前景_岑建孟
中国能源资源储量以煤炭为主，石油及天然气 资源严重短缺。至 2009 年底，中国已探明煤炭储量 占世界总量的 13.9%，而石油与天然气分别只占 1.1%及 1.3%[1]。液体燃料的匮乏是我国能源产业 存在的主要问题之一，石油短缺：2010-09-01；修改稿日期：2010-10-18。 基金项目：国家高技术研究发展计划（国家 863 计划，2007AA05Z334） 及浙江省自然科学基金（R1080101）项目。 第一作者：岑建孟（1982—），男，博士研究生，研究方向为煤气化 及多联产技术。E-mail jmcen@。联系人：方梦祥，教授，目 前主要从事煤及生物质燃烧和气化技术，CO2 控制技术的研究。E-mail mxfang@。
much more economical and energy-conserving than the traditional power plant. Key words：poly-generation；coal gasification；coal pyrolysis；energy-conservation and emission-reduction
全球煤机装备发展现状及未来趋势分析
全球煤机装备发展现状及未来趋势分析近年来，随着全球能源需求的增长，煤炭仍然是世界上最重要的能源之一。
煤炭开采的效率和生产能力对于煤矿行业的发展至关重要，而煤机装备作为实现效率提升和生产能力增加的重要工具，正扮演着越来越重要的角色。
本文将探讨全球煤机装备的发展现状以及未来的发展趋势。
目前，全球煤机装备市场呈现出以下几个主要特点：首先，煤机装备技术不断创新。
随着科技的不断进步，煤机装备的技术水平也在不断提高。
例如，高效能源矿山综放工作面系统、自动化采煤支架和自动化控制系统等新技术已经得到广泛应用，大大提高了煤矿的采煤效率和安全性。
其次，煤机装备市场份额持续增长。
由于全球煤炭需求的增长，煤矿行业对于煤机装备的需求也在增加。
尤其是中国、印度和美国等煤矿大国，对煤机装备的需求量巨大，为全球煤机装备市场的增长提供了强劲动力。
再次，煤机装备的智能化趋势明显。
随着人工智能和大数据等新技术的应用，煤机装备正向着更加智能化、自动化的方向发展。
这不仅增强了煤矿的生产力，还提高了安全性和环保性能。
未来，全球煤机装备市场将继续呈现以下几个发展趋势：首先，技术创新将引领市场发展。
随着新材料、机器视觉和物联网等技术的迅猛发展，煤机装备将实现更高效、更安全的采煤。
例如，虚拟现实技术可以实现对煤矿工人的培训和监测，降低事故风险；机器视觉技术可以帮助煤矿实现精确控制和自动化管理。
其次，环保意识的提升将推动煤机装备的绿色化发展。
随着全球对环境保护的重视程度的提高，煤矿行业也将更加注重减少对环境的负面影响。
有望出现更加环保的煤机装备，例如煤矿用废弃煤矸石发电技术将进一步推广应用。
再次，智能化将成为行业发展的关键。
预计未来煤机装备将向着智能化和自动化方向发展，实现更加智能的煤矿生产和管理。
例如，无人驾驶采煤设备、智能化控制系统以及云计算平台和大数据分析等技术将得到广泛应用。
最后，市场竞争将进一步加剧。
随着全球煤热电市场的逐渐萎缩，煤机装备市场竞争将会更加激烈。
2024年煤机设备市场发展现状
2024年煤机设备市场发展现状引言煤炭作为全球最重要的能源资源之一，在能源供应中扮演着重要角色。
煤机设备作为开采、加工和利用煤炭的关键设备之一，对煤炭行业的发展具有重要意义。
本文将对当前煤机设备市场的发展现状进行分析，包括市场规模、市场竞争格局、行业发展趋势等方面的内容。
市场规模当前，全球煤机设备市场规模巨大，市场需求持续增长。
煤炭开采的需求不断增加，推动了煤机设备市场的发展。
根据统计数据显示，2019年全球煤机设备市场规模达到XX亿美元，相比2018年增长了X%。
预计未来几年，市场规模将继续扩大。
市场竞争格局目前，全球煤机设备市场竞争格局较为稳定，主要由少数几家跨国企业掌握。
这些企业在技术研发、市场推广和售后服务等方面具有显著优势。
此外，国内煤机设备企业也在市场竞争中崭露头角。
随着国内企业技术实力的不断提升，其市场份额逐渐增加。
技术发展趋势随着科技的不断进步，煤机设备的技术水平也在不断提升。
目前，煤机设备在自动化、智能化方面取得了显著进展。
例如，自动化煤机设备具备自动化控制、智能感知和数据分析等功能，能够提高生产效率和安全性。
此外，环保型煤机设备也受到越来越多的关注，煤炭行业积极响应国家环保政策，加大对环保型设备的采购和使用力度。
市场发展趋势在未来几年，煤机设备市场将面临一些挑战和机遇。
一方面，环保压力和可再生能源的发展使得煤炭的需求面临一定的压缩，这可能对煤机设备市场带来一定的冲击。
另一方面，煤炭行业仍然是全球主要的能源供应来源之一，因此仍然存在一定的市场需求。
此外，亚洲地区的经济增长和工业化进程也将为煤机设备市场提供巨大的机遇。
结论当前，煤机设备市场规模庞大，市场需求持续增长。
市场竞争格局相对稳定，技术发展趋势呈现智能化和环保化的特点。
未来，煤机设备市场将面临一些挑战和机遇，需要不断推动技术创新和市场拓展，以适应行业发展的需求。
浅谈煤基多联产技术
浅谈煤基多联产技术煤炭是世界上最主要的能源之一，而煤基多联产技术是一种利用煤炭资源实现节能减排的重要手段。
本文从煤基多联产技术的概念、技术特点和应用前景等方面进行阐述，以期对读者有所启迪。
一、煤基多联产技术概述煤基多联产技术是指通过一定的工艺和设备，在煤炭的化学能、热能、电能等多种能源之间进行转化、协同利用，实现节能减排的技术。
煤基多联产技术主要包括以下方面内容：1.燃气化技术。
通过燃气化技术将煤炭转化为合成气，进而可制取合成油、合成氨、合成甲醇等化学品，还可以用于发电和供热。
2.热电联产技术。
通过燃煤发电同时产生热水和蒸汽，进而实现高效的热电联产，不仅能够提高能源利用效率，还可以有效地减少二氧化碳等排放物的释放。
3.燃料电池技术。
采用燃料电池技术将合成气直接转化成电能，不仅实现了能源的高效利用，还能够避免因化学反应而产生的有害气体的排放。
4.煤基低温干馏技术。
利用煤的低温干馏技术可以得到大量的煤气和煤焦油，这些产物可以直接用于供热、供电以及生产化学产品等领域。
5.煤基高温裂解技术。
通过煤基高温裂解技术可以大规模地生产石墨、异丙醇、二甲醚等产品，进一步提高煤炭的综合利用效率。
二、煤基多联产技术特点煤基多联产技术有以下几个显著特点：1.资源利用率高。
煤基多联产技术可以实现对煤炭资源的多元化利用，不仅可以直接将煤炭转化为电能、热能、燃气等多种能源，还可以进一步生产出各种化学产品，大大提高了资源利用率。
2.环保效果显著。
煤基多联产技术可以有效地减少煤炭的排放量和污染物的排放量，充分发挥煤炭资源的深度利用效应，从而实现了节能减排的目标。
3.技术先进性强。
煤基多联产技术是一种高效、先进的综合利用技术，它涉及到化工、能源、环保等多个领域，需要广泛的工艺技术和设备支持。
因此，煤基多联产技术的实现需要具备较高的技术条件和先进的装备设施。
三、煤基多联产技术应用前景煤基多联产技术具有非常广阔的应用前景，以下是几个具体的方面：1.热电联产。
煤基多联产在工程实践中的应用和发展
（ ｈｎ ａ ｏ ａ Ｃ ｅ ｉａ Ｅ ｇｎｅ ｎ ｏｐ ｒ ｉｎ Ｂ ｉｎ ０ ０ ７ Ｃ ｉａ Ｃ ｉａＮ ｔ ｎｌ ｈ ｍ ｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇＣ ｒｏａ ｏ ， ｅ ｉ １０ ０ ， ｈｎ ） ｉ ｉ ｔ ｊｇ
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｃｏ ｌ—ｂ ｓ ｄ Ｃ ａ ａ ｅ Ｏ—ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｗａ ｈ ｉ ｔｅ ｍ ｆｃｅ ｎ ｃ ａ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｉ ｈ ｕ ｕ ｅ ｒ ｄ ｃ ｉ ｙ ｔｍ ｓｔ ｅ ｍａｎｓｒ ａ ｏ ｌａ ｏ ｌｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｔ ｅｆ ｔ ｒ ．Ｔｈ ｅ ｅ — ｏ ｅ ｄ ｖ ｌ ｏ ｍｅ ｔｏ ｏ ｌ— ｂ ｓ ｄ Ｃ — ｒ ｄｕ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｕ ｄ ｃ ｎ ｒｂ ｔ ｏ ｓ ｔ ｉ ａ ｌ ｅ ｅｏ ｐ ｎ ｆｃ ａ — ａ ｅ Ｏ— ｐ ｏ ｃｉｎ ｓ ｓｅ ｗｏ ｌ ｏ ｔ ｕ ｅ ｔ ｕｓａ ｎ ｂ ｅ ｄ ｖ ｌｐｍｅ ｆ ｎ ｔｏ ｌ ｃ ｎ ｍｙ ａ ｈ ｉ ｎｔｏ ａｉｎａ ｅ ｏ ｏ ｎｄ ｔ ｅ
心是煤化工和发 电的有机 结合 ， 其基 本过 程是 通过 大规模 气化 炉将燃料气化 ， 所用 的燃料 可以是煤 （ 尤其是高硫煤 ） 石油焦或 、
即使采用某些 常压气 化粉煤 工艺 ， 也存 在 消耗 大 、 耗高 、 能 规模
小。
进入 ８ ０年代后 ， 随着“ 洁净煤技术 ” 洁净煤气化技术” 和“ 的 开发研究 ， 洁净 煤气 化技术 ” “ 已取得 了重大 成果 ， 并进 行 了商 业化运行 。“ 洁净煤气 化技术 ” 用先进 的气 流床反 应器 ， 采 以水 煤浆和于粉煤为原料 ； 大规模单系列加 压气化并 实现 了工 业化 。 其气化指标好 ， 有利于环境保护 ， 成为煤气 化技术 的主流 。我们 把这种粉煤气化通称 为第二代 煤气化工 艺。它 的主要特征为环
浅议煤基多联产
中图分类号 ：Ｔ ５ Ｑ４
文献标识码 ：Ａ
能 源是 人 类 社 会 赖 以生 存 和 发展 的基 础 ．是 世界 各 国经济 社会 可持续 发展 的物 质基 础 。 在 我 国一 次 能 源 消费 中 ．煤炭 始 终 占主 导地 位 。根 据 国家权 威 部 门统 计 ，近几 年 我 国一 次 能
用年 限 ．但相 对我 国工业 化发展 尚处 于 中期 、城镇
天然气
油 ∞
图 １ 煤 基 多 联 产 总 汇 示 意
№
煤 经 过 洁净 气 化 技 术 气 化 为粗 合 成 气 粗 合
成 气 根据 不 同 的要 求 进 行 精 制 ．精 制 后 的合 成 气
送 往各 个装 置
多联 产 的技 术 方 案 与 特 点进 行 了 比较 。认 为 “ 十二 五 ”期 间 ，在 我 国建 设 大 型 Ｉ Ｃ Ｇ Ｃ与 甲醇 多联 产 装 置 示 范 工 程 已具 备 了充 足 的 条 件 。
关键词 ：煤化工 ；甲醇一 电联产 ；述评
文章编号 ：１ ７— ６ ７ （０ ２ ０ ０ — ７ ６ ３ ９ ４ ２ １）１ ～ ０４ ０ １
化
・
学
工
业
６・
Ｃ Ｅ Ｉ Ａ ＵＳ ＲＹ Ｈ Ｍ Ｃ ＬＩ ＮＤ Ｔ
２１ 年 ０１
第 ２ 卷 ９
炼 高等 级钢 材 的重要 原料
精 制 后 的 合成 气 可 送 往 甲烷 化 装 置 ．制 取天
然 气 。煤 基 天 然 气送 人 管 道外 输 。可 作 为 油基 天
然 气 的补充
但 在 诸 项 能 源 消 费 中 。煤 炭 仍 然 占据 第 一 的 位
置 ．这进 一 步说 明 了煤炭 在 我 国 一次 能 源 中的 重
多联产技术
多联产技术多联产技术概述以及对我国目前多联产技术发展的建议摘要：由于我国的能源危机，以及可持续发展的要求，使得煤炭多联产技术成为我国煤炭利用的主要发展方向，它可以实现资源利用最大化和环境保护最优化，有效地解决我国资源利用、环境保护、能源安全三方面的问题，对我国实现可持续发展具有重大意义。
另外介绍了我国目前多联产技术的发展现状及前景。
关键词：多联产技术概述发展建议正文1、多联产技术概述1.1基本概念多联产技术是利用物理化学方法达到煤的高效、洁净利用的途径。
它以煤炭气化为中心，可以将95％以上的煤转换成一种称之为合成气的可燃气体。
将合成气用于联合循环发电，可以获得比常规燃煤发电高的能源利用效率。
多联产、洁净化技术是实现煤基洁净能源的有竞争力的途径。
多联产的原理，是将煤气化后先通过一个反应器做化工产品，剩下尾气再去燃烧发电。
多联产相当于把化工和发电两个过程耦合起来，能量利用效率可以提高10%~15%，同时，化工产品增值量比较大，并且能够实现调峰。
煤的气化系统很贵，如果能实现化工和发电相互调整，气化系统就能始终稳定运行，降低发电成本。
1.2多联产系统多联产系统是在美国壳牌公司提出的合成气园的概念的基础上提出的。
目前对多联产系统公认的概念是: 多联产系统是指利用从单一的煤气化装置中产生的合成气(CO+ H2 ) , 进行跨行业、跨部门的联合生产, 得到多种具有高附加值的化工产品(如甲醇、醋酸、醋酸乙烯等)、液体和气体燃料(如F- T 合成燃料、城市煤气、人工天然气等)、其他工业气体(如CO2 , H2 , CO等) , 以及充分利用各工艺过程中产生的热能进行发电的能源系统。
本文阐述的多联产系统, 准确地说是基于煤气化的多联产系统, 是以煤炭气化为起点, / 以资源化、减量化、再利用0 为原则, 通过对煤炭气化、发电( IGCC) , 合成甲醇、醋酸等多种煤化工技术的优化集成, 使得煤炭资源得到洁净高效综合利用, 以得到多种化工产品并利用工艺过程的热能进行发电的多产品关联耦合的新型煤气化多联产系统。
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煤基多联产系统的意义及国内外发展概况李现勇1,肖云汉2,任相坤1(11神华集团中国神华煤制油有限公司煤液化研究中心,北京 100011;21中国科学院工程热物理研究所,北京 100080)摘要:从电力和优质燃料2个方面的重大需求看,煤基多联产系统显然是未来洁净煤发展的重要方向。
笔者的第一部分主要分析了中国能源系统所面临的巨大挑战,对煤基多联产系统的概念和意义以及国内外发展概况进行了详细的论述。
关键词:煤基多联产;系统中图分类号:T M 611 文献标识码:A文章编号:1006-6772(2004)01-0005-06收稿日期:2003-12-21作者简介:李现勇(1975-),男,河南长葛人,2003年获工学博士学位。
从事煤炭液化、煤化工、IGCC 发电、多联产等方面的技术研究工作。
1 中国能源系统面临的挑战111 中国能源消费规模巨大中国人均能耗还处在相对较低的水平,2000年约843kgce/人#a,比美国人均用能11567kgce/人#a,OECD 的6598kgce/人#a,存在很大差距。
随着社会和技术的发展以及人们生活水平的不断提高,人均用能会不断增加。
按照不同机构进行的预测,在2030~2050期间,中国人均用能将为2500~3000kgce /人#a,年能耗(充分考虑了节能及技术进步潜力之后)将在30~40亿tce 以上。
中国现有人口超过12亿,在未来20~30a 内还会缓慢增长,与这一人口规模相应的现代工业、农业及现代生活决定了能源规模。
建立这样一个规模巨大的、可持续发展的、不严重破坏环境的能源系统,将是中国人民今后必须面临的严峻的、也是特有的挑战之一。
112 人均能源资源相对不足中国拥有比较丰富而多样的能源资源,但人均拥有量不足,尤其是石油、天然气资源相对匮乏。
1996年中国人均煤炭可采储量仅为世界平均值的1/2;中国人均石油探明储量仅相当于世界平均值的1/10,1997年剩余开采总储量为22亿t,占全世界的116%,多种预测表明,中国石油产量今后只能基本维持现有水平或略有增加(116~210亿t),而目前中国对液体燃料的需求不断增加。
113 能源结构以煤为主,利用问题突出中国人均能源消费数量少,终端能源质量低,能源强度高,能源效率低,浪费、污染严重。
从中国的能源资源及技术经济发展水平看,煤炭在今后相当长的时期内仍将是中国的主要一次能源。
到21世纪中叶,煤炭在中国一次能源消费中所占的比例仍将在50%以上,煤炭在支撑中国经济社会发展和提高人民生活水平方面占有极为重要的地位。
但煤炭的大量开采和利用也带来了严重的环境问题,目前,中国煤炭利用主要依靠直接燃烧,效率低,污染十分严重,大量燃煤造成了中国严重的煤烟型污染,另外,如何减少煤炭利用过程中的温室气体CO 2的排放,已经越来越成为能源环境关注的一个重要课题,煤炭能源生产利用对环境的损害,是中国环境问题的核心。
中国人均电力装机容量只有0125kW,达到中等发达国家水平人均至少要110kW,即比目前要增加3倍,达到约14~16亿kW,届时CO 2、SO 2、NO x 、T SP 的排放量都相应大大增加。
表1是国际上现有火电技术的排放情况。
即使按脱硫率95%,并安装先进的低NO x 燃烧器和脱硝装置,其污染程度还是十分可观的,比起整体煤气化联合循环和天然气联合循环有较大的差距。
煤炭工业是中国能源的支柱产业,但它一直处于一种单一发展煤炭生产的产业布局。
中国主要工业产品单位产值能耗是发达国家的3~4倍,比国外高40%。
全国平均煤炭利用效率约为30%,这大大低于发达国家40%的煤炭利用率水平。
因而,无论从SO 2、NO x 和悬浮颗粒的排放,温室气体CO 2的排放,还是从煤炭利用效率来说,目前的技术都是不可持续的。
表1 国际上火电技术的排放情况技术单位排放/g #kW h -1SO 2NO x PM 101997年美国煤电平均水平611314701161997年美国煤电达到的最好水平014601870115荷兰Buggenum IGCC 电站(实测)0108012201033天然气联合循环)01092)图2 21世纪前景发展计划(V ision 21)能源系统实现途径之一2 煤基多联产系统的概念和意义以煤炭为主并且在相当长的时期内难以根本改变的能源结构对中国实现可持续发展是一种严峻挑战。
为此,必须高效洁净利用煤炭资源,优化终端能源结构。
煤基多联产系统正是满足这一需求的高效、经济、灵活的煤炭综合利用技术。
如图1所示,煤基多联产系统通过系统内物质和能量的交换,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,具有高效、洁净、经济、灵活等特点,它集中体现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,可以弥补正在开发的煤炭发电和利用单项新技术(超超临界燃煤发电、增压流化床燃烧、煤液化、整体煤气化联合循环(IGCC)、先进燃气轮机和燃料电池、天然气制液体燃料等)难以同时满足效率、成本和环境等多方面要求的不足。
与常规燃煤发电和煤基化工相比,煤基多联产技术是一种跨越式发展,并且与氢能利用、削减CO 2排放的长远可持续发展目标相容。
随着国民经济的发展和对环境保护的加强,以煤为原料的电、燃料及其它化学品的多联产技术必将是21世纪洁净煤技术的最重要发展方向。
图1 煤基多联产系统示意3 煤基多联产系统国内外研究进展进入新世纪,人们已对煤炭联产的概念及其对未来能源利用的战略意义取得共识,正在大力推进其研究、发展和示范。
美国能源部2000年已开始实施的21世纪前景发展计划(Vision 21),强调多种先进技术的集成,大力推进煤炭的高效洁净综合利用技术,以期最终实现近零排放的煤炭利用系统如图2所示。
其途径之一的基本思路是:以煤气化为基础,合成气通过变换分离,氢通过高温固体氧化物燃料电池和燃气轮机组成的联合循环转换成电能,发电效率(HHV)可达60%,H 2还可作为交通运输超洁净燃料,CO 2可固定。
作为构成21世纪前景发展计划中高效、近零排放能源系统的先进技术模块验证的关键性步骤,美国能源部资助了计划于2007年商业运行的Early Entrance Coproduction Plant (EECP)项目,用以技术验证和风险控制,该项目启动了3个可行性示范工程研究,探索不同的联产系统商业化前的初步设计。
Waste Management and Processors EECP 示范工程致力于将高灰煤残渣转化为高价值的液体燃料和电力如图3所示。
该示范工程计划充分利用位于宾夕法尼亚州的Gilberton 电厂已有的基础设施,从而减少投资成本并通过回收利用煤灰(包括厂区内已堆积的大量无烟煤残渣)带来显著的环境效益。
这一示范工程将减少已有设施改造所伴随的技术风险,采用天然气制氢来补充费)托合成过程中所需氢气的不足,主要的技术难点是煤灰气化过程和费-托合成过程的集成。
WM PI 项目目前已进入实质性启动阶段,规划具备5038b/d 清洁燃料和40M W 电力联产能力,气化单元原计划选择德士古水煤浆气化技术,但因评估认为Shell 的干煤粉气流床气化技术对低品质高灰原料的良好适应性更符合无烟煤残渣的特性,最终确定选择Shell 的干煤粉气流床气化技术;合成单元计划采用Sasol 的费)托合成技术。
图3 Waste M anag ement and Pro cessor 流程在美国的德克萨斯州的LaPorte,美国空气产品和化学品有限公司(Air Product &Chemicals)和伊斯曼(Eastman)化学产品公司合作在美国能源部(DOE)资助下于1995年开始建立甲醇液相反应器技术(LPM EOH TM )、二甲醚液相反应器技术(LPDM E)的商业示范工厂,1997年建成,已经具有数年的运行经验。
新的煤基甲醇和动力联产示范工程如图4所示主要目的是评估以煤或者其他含碳燃料为原料的化学品和电力联产的可行性。
煤或者其他燃料制得的洁净合成气一部分直接去联合循环发电,另一部分通过一次液相反应器合成甲醇,未反应气体再送入联合循环发电。
生产的甲醇除了作为产品销售外,一部分可以作为联合循环的备用燃料,也可以在单独的发电系统中作为调峰发电的燃料。
分析表明,系统具有很高的灵活性(燃料适应性和基于市场需求的灵活产品体系,良好的负荷跟踪性能,与先进单元技术良好的集成能力),可望保证IGCC 部分作为基本负荷发电性能良好(气化炉可用率由设计的96%降为出现不可预知情况下可用率为84%时,储存的甲醇保证发电单元仍可以达到93%的出力),而高附加值的甲醇产品也可以降低单独IGCC 发电的昂贵费用,获得较好的经济效益。
图4 L aporte 单程通过液相甲醇和电力联产示范项目Texaco EECP 示范工厂将Tex aco 的煤气化技术和Rentech 的费)托合成技术结合以煤和/或石油焦为原料实现电力、高质量的液体燃料和化学品联产。
这一示范工厂涉及到包含合成气组份、费)托合成燃料提质、废水处理、催化剂/蜡分离、酸性气体脱除、尾气应用和厂址选择等多种流程的技术和经济比较,以确定集成技术商业化运用的最佳方案,示范工厂将设计成可以适应多种燃料并能根据市场需求灵活地生产多种产品。
Texaco 能源系统流程如图5所示。
图5 T exaco 能源系统流程M itretek 系统公司在美国能源部的支持下,对煤炭联产系统中CO 2的处置进行研究(Coproduc -tion/Cofeed,Co-Co),对多种联产方案进行了技术经济比较,指出先进的联产技术能环境友好地生产超洁净液体燃料、氢气和电力,具有的CO 2处置的技术潜力可望实现煤综合利用过程近零排放。
M itretek 系统公司提出的结合CO 2处置的煤基超洁净燃料、氢气和电力联产系统流程如图6所示,合成气经过一次通过的液相费-托反应器后进行CO 2脱除,得到的尾气分成2股:一股通过变压吸附制氢,另一股进入联合循环系统发电。
该系统效率可以达到5815%(HHV ),当世界市场油价保持在25美元/桶以上、电力售价高于36美元/MW #h 情况下经济上是可行的。
图6 M itr etek 煤基超洁净燃料、氢气和电力联产系统(CO 2处置)一些国际上著名公司,如BP 公司、GE 公司、Air Products and Chemicals 公司、Shell 公司等也都在进行煤炭联产系统的研发和适宜联产系统的关键技术突破。
如Shell 公司提出Sy ngas Park (合成气园)的概念,亦以煤的气化或是石油和渣油气化为核心,所得的合成气用于IGCC 发电、用一步法生产甲醇和化肥,同时作为城市煤气供给用户如图7所示。