在首屆煤炭清潔高效利用產(chǎn)業(yè)大會(huì)上,山東大學(xué)化工學(xué)院教授朱維群做了一個(gè)關(guān)于“零碳排放的煤炭清潔利用技術(shù)開(kāi)發(fā)”的演講。據(jù)他介紹,山東大學(xué)全球首套碳排放的煤炭清潔利用開(kāi)發(fā)路線(xiàn),將二氧化碳直接封存到煤化工的最終產(chǎn)品中,目前,已經(jīng)和企業(yè)合作進(jìn)行研究示范,這一技術(shù)在未來(lái)的成熟運(yùn)用將有助于解決煤化工行業(yè)的環(huán)保難題。在國(guó)家節(jié)能減排的大環(huán)境下,作為碳排放大戶(hù)的煤化工未來(lái)面臨的減排壓力在所難免,加快碳減排技術(shù)的創(chuàng)新、降低碳捕捉和封存成本成為煤化工行業(yè)的重點(diǎn)。
發(fā)展零碳排放的煤炭清潔利用技術(shù)
朱維群表示,碳減排與發(fā)展煤化工目前來(lái)說(shuō)是矛盾的,如煤制烯烴每噸產(chǎn)品大約排放10噸CO2;煤制油每噸油品排放8.7噸CO2;煤制天然氣每噸產(chǎn)品排放8.25噸CO2。2015年煤化工行業(yè)的CO2排放量約為4.7億噸,給我國(guó)碳減排帶來(lái)一定的壓力。所以,我們提出了零碳排放的煤炭清潔利用。
現(xiàn)有煤化工、燃煤電廠、鋼鐵工業(yè)、電解鋁、水泥等工業(yè)都排放大量的二氧化碳。煤炭的工業(yè)利用可分為下列三種主要形式:(1)煤炭在空氣中發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳是燃煤發(fā)電的主要反應(yīng);(2)鐵礦石、鋁礬土等在一定工藝條件下用碳還原同時(shí)生成二氧化碳是鋼鐵工業(yè)和電解鋁工業(yè)的基礎(chǔ)反應(yīng);(3)煤氣化是煤化工的主要重要利用方式,由于煤炭中碳多氫少(C:H≈1:0.8),變換反應(yīng)產(chǎn)生出二氧化碳。基于煤制甲醇反應(yīng)基礎(chǔ)上的新型煤化工如煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴等工業(yè)路線(xiàn)都排放大量的CO2和精制的N2。
如果將產(chǎn)品設(shè)計(jì)成二氧化碳含量最高的三嗪醇產(chǎn)品可形成二氧化碳零排放的煤炭清潔利用工業(yè)路線(xiàn),從碳減排角度說(shuō),這應(yīng)該是最佳的煤化工發(fā)展路線(xiàn)。
朱維群認(rèn)為,目前煤化工行業(yè)的環(huán)保難題主要是用水及廢水處理問(wèn)題,將來(lái)的環(huán)保問(wèn)題應(yīng)該是二氧化碳排放問(wèn)題。
我國(guó)幾乎所有煤化工項(xiàng)目都存在水耗高、排污量大等問(wèn)題。有測(cè)算表明,目前我國(guó)煤制氣裝置平均水耗6.9噸水/千立方米天然氣,煤直接液化為10噸水/噸油,煤制烯烴為22噸水/噸產(chǎn)品,煤間接液化為11噸水/噸油。要解決這些問(wèn)題,必須實(shí)施最嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),認(rèn)真執(zhí)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度,確保環(huán)境保護(hù)設(shè)施與主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投產(chǎn)使用。特別是在廢水排放上,要嚴(yán)格落實(shí)水功能區(qū)域限制納污紅線(xiàn)管理要求。
煤炭是碳含量最高的化石燃料,目前,煤化工排放的二氧化碳已大于煤炭本身燃燒產(chǎn)生的二氧化碳。而解決CO2排放問(wèn)題就是改變煤化工工藝,發(fā)展零碳排放的煤炭清潔利用技術(shù)。
朱維群說(shuō),零碳排放煤炭清潔利用技術(shù)開(kāi)發(fā)路線(xiàn)不僅理論上可行,同時(shí)也有工程上的數(shù)據(jù)參考,而且也開(kāi)展了固碳產(chǎn)品三嗪醇的低碳利用。經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā),感到進(jìn)展不盡如意,我們沒(méi)有爭(zhēng)取到國(guó)家級(jí)的項(xiàng)目支持;與企業(yè)合作時(shí)企業(yè)首先關(guān)心的是工程化生產(chǎn)和產(chǎn)品利潤(rùn)問(wèn)題,并不關(guān)心二氧化碳減排。我們國(guó)家的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目由國(guó)家基金委歸口管理,國(guó)家科技部能否成立一個(gè)工程開(kāi)發(fā)管理部門(mén),聯(lián)合國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局等單位,進(jìn)行項(xiàng)目的申報(bào)、中試及技術(shù)推廣工作?,F(xiàn)在我們國(guó)家項(xiàng)目管理重點(diǎn)在申請(qǐng),能否放開(kāi)申請(qǐng),重在項(xiàng)目監(jiān)管及后續(xù)成果推廣?
現(xiàn)代煤化工煤炭清潔利用方式還值得探討
我國(guó)煤化工在規(guī)?;?、大型化等方面確實(shí)走在世界前列,但現(xiàn)代煤化工作為煤炭清潔利用的主要方式還有待研究,現(xiàn)代煤化工(煤制油、煤制氣及煤制烯烴等)不僅排放大量的二氧化碳,而且總的能源轉(zhuǎn)化效率較低。作為一種戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備技術(shù)可以適度開(kāi)發(fā),作為一種大規(guī)模煤炭清潔利用方式還值得探討。
從工藝角度,降低煤化工碳排放的突破口是改變工藝流程,開(kāi)展我們的零碳排放的煤炭清潔利用技術(shù)路線(xiàn),這是降低煤化工碳排放的最有效方法之一,這是由煤炭的基本性質(zhì)所決定的。
對(duì)于煤化工企業(yè)并沒(méi)有將碳減排納入到投資中的問(wèn)題,朱維群表示,自工業(yè)革命以來(lái),工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)體系沒(méi)有重視二氧化碳的排放問(wèn)題,近年來(lái)由于CO2溫室效應(yīng)引起全球氣候變化,發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是世界特別是我國(guó)的必然選擇。不僅煤化工企業(yè)沒(méi)有將碳減排納入到投資中,我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)也沒(méi)有將碳減排納入到投資中,目前,我國(guó)只是在企業(yè)項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)考慮環(huán)境容量(能評(píng))考察。隨著我國(guó)征收大氣污染物排放稅和全國(guó)碳交易市場(chǎng)的開(kāi)展,企業(yè)下一步應(yīng)該考慮二氧化碳減排問(wèn)題。
如果國(guó)家出臺(tái)關(guān)于碳排放這方面的硬性規(guī)定,現(xiàn)有煤化工企業(yè)將面臨更大的成本壓力。2015年煤化工行業(yè)的CO2排放量約為4.7億噸,給我國(guó)碳減排帶來(lái)壓力。現(xiàn)在企業(yè)的環(huán)保投資,其實(shí)都沒(méi)有考慮到碳減排的成本,像煤制天然氣,如果征收碳稅,每立方米天然氣的成本將推高0.5元,這將是煤制天然氣的“死穴”。全國(guó)統(tǒng)一碳排放權(quán)交易市場(chǎng)計(jì)劃于2016年試運(yùn)行,碳稅也將加快推出,這勢(shì)必增加煤化工項(xiàng)目投資成本,影響其綜合競(jìng)爭(zhēng)力。一旦碳稅突破100元/噸,煤化工項(xiàng)目將難以承擔(dān),目前的低油價(jià)已經(jīng)使現(xiàn)代煤化工企業(yè)盈利能力大為降低。
尋求低能耗、低排放技術(shù)路線(xiàn)
朱維群認(rèn)為,當(dāng)前煤化工的碳排放都有詳細(xì)的工業(yè)數(shù)據(jù),如煤制烯烴每噸產(chǎn)品大約排放10噸CO2;煤制油每噸油品排放8.7噸CO2;煤制天然氣每噸產(chǎn)品排放8.25噸CO2。2015年煤化工行業(yè)的CO2排放量約為4.7億噸,給我國(guó)碳減排帶來(lái)一定的壓力。
改變傳統(tǒng)的高碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,尋求低能耗、低排放及低污染的低碳經(jīng)濟(jì)正成為我國(guó)及全球的戰(zhàn)略行動(dòng)。因此,我們提出并開(kāi)展了零碳排放的煤炭清潔利用技術(shù)路線(xiàn)開(kāi)發(fā)研究。在現(xiàn)有煤化工上通過(guò)調(diào)整工藝路線(xiàn)和目標(biāo)產(chǎn)品即可實(shí)現(xiàn)零碳排放的煤炭清潔利用。
現(xiàn)有工業(yè)產(chǎn)品體系大都排放大量的二氧化碳,人們?cè)噲D在傳統(tǒng)工業(yè)路線(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行二氧化碳的封存利用,實(shí)踐證明在生產(chǎn)過(guò)程中排放大量CO2特別是大量低濃度CO2,再去捕集、封存、利用,往往得不償失。目前,在CO2排放大戶(hù)燃煤電廠進(jìn)行CO2封存利用還沒(méi)有經(jīng)濟(jì)可行的方法。在生產(chǎn)中直接將CO2作為反應(yīng)原料來(lái)合成產(chǎn)品是最好的CO2封存利用。
利用煤化工生產(chǎn)系統(tǒng)中普遍存在的高純度N2、H2和CO2,反應(yīng)生成CO2成分含量最高的三嗪醇是最清潔的煤化工利用路線(xiàn)之一。在此過(guò)程中沒(méi)有NOx、SO2的生成,也不排放CO2。繼續(xù)合成高分子材料也是一條低碳工業(yè)材料路線(xiàn),可以從碳減排角度,對(duì)各種工業(yè)材料路線(xiàn)進(jìn)行考察,推廣應(yīng)用低碳、低成本的工業(yè)材料。