煤氣化技術(shù)發(fā)展中應(yīng)注意的幾個問題
未來相當(dāng)長一段時間內(nèi),煤炭在我國一次能源結(jié)構(gòu)中的主體地位不會改變,這已成為不爭的現(xiàn)實(shí)。隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深人人心和潔凈煤技術(shù)發(fā)展的不斷深化,煤氣化技術(shù)在我國正面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇,而且市場前景十分廣闊。然而,總結(jié)多年來我國發(fā)展煤氣化技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),有些問題值得認(rèn)真思考和正確對待,并應(yīng)引起各有關(guān)方面的足夠重視。否則,可能會走彎路或欲速而不達(dá),從而造成不必要的人力、物力及資金浪費(fèi),并影響煤氣化技術(shù)的健康發(fā)展。
1 正確認(rèn)識煤氣化技術(shù)
為了實(shí)現(xiàn)煤氣化技術(shù)在我國的健康發(fā)展、首先必須讓人們對煤氣化技術(shù)有全面鉑了解和明確的認(rèn)識,以便消除偏見和誤解,避免盲目性。
雖然煤氣化技術(shù)面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇,市場前景十分廣闊,但煤氣化技術(shù)往往獨(dú)木難成林,需要配套合適的后續(xù)加工轉(zhuǎn)化技術(shù),將煤氣制成可以銷售的目標(biāo)產(chǎn)品,而且世界上尚無萬能氣化爐,每種氣化爐在應(yīng)用中部有一定局限性。
1.1 煤氣化發(fā)展前景廣闊
煤氣化技術(shù)是指將固體煤轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w(煤氣)的煤炭熱加工過程。煤炭轉(zhuǎn)化為煤氣后,不僅可以明顯提高煤炭資源的利用價值和利用效率,而H能夠大幅度減少煤炭利用過程中的污染物排放,同時還給輸送和后續(xù)利用以及進(jìn)一步加工轉(zhuǎn)化帶來極大的方便。煤氣既可用作各種用途的燃料氣,也可用作多種化工合成工藝的原料氣,還可用作冶金行業(yè)的還原氣以及用業(yè)生產(chǎn)氧氣等。因此,煤氣化技術(shù)在我國潔凈煤技術(shù)體系中占有非常重要的地位,對解決我國煤炭利用過程中存在的資源與環(huán)境問題,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境的直轄市發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。加快發(fā)展煤氣化技術(shù)是保證國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康、高速發(fā)展的客觀要求,是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要受到了全社會的普遍關(guān)注和廣泛認(rèn)同。
1.2煤氣化技術(shù)獨(dú)木難成林
煤氣化技術(shù)的直接產(chǎn)品是煤氣。而煤氣除了直接作為燃料氣使用外,一般不能成為終端產(chǎn)品直接銷售,只有通過配套后續(xù)處理技術(shù)將期進(jìn)一步加工轉(zhuǎn)化為其它附加值高、適銷對路的產(chǎn)品才能充分體現(xiàn)出其利用價值和經(jīng)濟(jì)效益。合適的后續(xù)配套加工轉(zhuǎn)化技術(shù)和適銷對路的終端目標(biāo)產(chǎn)品,而決不能僅僅是為搞煤氣化而設(shè)煤氣公工程。可見,煤氣化只是煤炭濃度加工轉(zhuǎn)化過程中的一個關(guān)鍵五一節(jié),而不能將其作為進(jìn)行煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、實(shí)現(xiàn)煤炭產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化的最終目標(biāo)。否則,就會誤人歧途。
1.3世界上尚無萬能氣化爐
到目前為上,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的煤氣化工藝有數(shù)十種,每種氣化工藝的核心是其關(guān)鍵設(shè)備——氣化爐,而每種氣化爐均有其獨(dú)有的特征。但無論氣化工藝有多先進(jìn),選種氣化爐在實(shí)際應(yīng)用中都有一定的局限性,因?yàn)楦鞣N氣化工藝的氣化效率不同,生產(chǎn)煤氣的質(zhì)量也不同,特別是每種氣化爐對所用原料煤都有其具體要求。因此,從技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)合理兩方面綜合考慮,目前世界上尚不存在適合各種原料煤、各種煤氣用途以及各種生產(chǎn)規(guī)模的“萬能”氣化爐。
2科學(xué)選擇煤氣化工藝
選擇合適的煤氣化工藝是發(fā)展煤氣化技術(shù)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在選用具體的煤氣化工藝時,首先必須有科學(xué)的態(tài)度,既要根據(jù)技術(shù)發(fā)展水平考慮工藝的先進(jìn)性,又要根據(jù)實(shí)際情況考慮工藝的合理性。以自身或附近的原料煤源為基礎(chǔ),以產(chǎn)品煤氣的用途為目標(biāo),同時考慮煤氣工程的生產(chǎn)規(guī)模與氣化設(shè)備的生產(chǎn)能力相配套。
多年來,我國煤氣化技術(shù)發(fā)展過程中氣化工藝選擇的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)表明,在具體煤氣化工藝選擇的過程中,不尊重科學(xué)的做法大多吃盡了苦頭。主觀決斷容易事與愿違,長官意志多半后患無窮,生搬硬套往往事倍功半,一哄而上肯定好景不長。
2.1 以原料煤源為基礎(chǔ)
可靠的原料煤源是建設(shè)煤氣化工程的重要前提,而就近解決原料煤供應(yīng),可以降低原料煤運(yùn)輸費(fèi)用,有利于降低煤氣的生產(chǎn)成本。因此,在進(jìn)行煤氣化工藝選擇時,首先必須以原料煤源為基礎(chǔ),既要考慮原料煤質(zhì)量能夠完全滿足擬選用煤氣化工藝的要求,又要考慮原料煤供應(yīng)可靠、煤質(zhì)穩(wěn)定,還要考慮原料煤的到廠價格盡可能低。如果原料煤源有問題,那將會給建廠后的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及煤氣生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益帶來一系列問題。首先,若原料煤質(zhì)量不能滿足煤氣化工藝的要求,則氣化爐的運(yùn)行結(jié)果很難達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo);其次若原料煤不能可靠、穩(wěn)定地供應(yīng),則會影響氣化生產(chǎn)的正常進(jìn)行;還有,若原料煤到廠價格太高,則會增加煤氣的生產(chǎn)成本。前些年我國有些煤氣化工程在這方面已有過教訓(xùn)。
2.2 以煤氣用途為前提
生產(chǎn)煤氣的目的是為了應(yīng)用,且每一種應(yīng)用途徑都對產(chǎn)品煤氣的質(zhì)量有具體的要求。而不同 的煤氣化工藝,生產(chǎn)出煤氣的質(zhì)量是不同的。因此,在進(jìn)行煤氣化工藝的選擇時,應(yīng)盡可能使產(chǎn)品煤氣直接滿足后續(xù)配套加工轉(zhuǎn)化技術(shù)的質(zhì)量要求。否則,需要增加煤氣改質(zhì)環(huán)節(jié),從而會增加工藝流程的復(fù)雜程度和提高煤氣的生產(chǎn)成本,同時也會降低氣化過程的總效率。
2.3 以生產(chǎn)規(guī)模為判據(jù)
在選擇煤氣化工藝時,要充分考慮氣化爐的產(chǎn)氣能力應(yīng)與煤氣的生產(chǎn)規(guī)模相匹配。如果選用的氣化爐產(chǎn)氣能力過小,則會出現(xiàn)“小馬拉大車”的現(xiàn)象,勢必會使氣化爐的臺數(shù)過多,不僅增加占地面積,而且也增加生產(chǎn)管理難度,同時還會增加工程投資,提高生產(chǎn)成本;而如果選用的氣化爐產(chǎn)氣能力過大,則又會出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象,勢必會造成氣化爐的生產(chǎn)能力過剩和浪費(fèi),不僅會增加工程投資,而且也會提高運(yùn)行費(fèi)用,影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
3 深刻理解多聯(lián)產(chǎn)實(shí)質(zhì)
所謂“多聯(lián)產(chǎn)”,就是指將以煤氣化技術(shù)為“龍頭”的多種煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)通過優(yōu)化組合集成在一起,以同時獲得多種高附加值的化工產(chǎn)品(合成氨、脂肪烴、芳香烴等)和多種潔凈的二次能源(氣體燃料、液體燃料、電等)。
雖然多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是以煤氣化技術(shù)為“龍頭”的多種煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)組合而成。但特別值得注意的是,這種組合決不是簡單的疊加和羅列,而應(yīng)該是科學(xué)的優(yōu)化集成。因此,多聯(lián)產(chǎn)不僅可以實(shí)現(xiàn)煤炭資源價值的梯級利用,而且能夠?qū)崿F(xiàn)煤炭資源價值提升,達(dá)到煤炭利用效率和工程經(jīng)濟(jì)效益的最大化。
3.1 實(shí)現(xiàn)煤炭資源價值的梯級利用
煤炭作為大自然賦予人類的化石能源,不僅是非常重要的固體燃料,而且更是十分寶貴的化工原料。一般說來,煤炭作為化工原料的使用價值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其僅僅作為燃料的使用價值。多聯(lián)產(chǎn)的思路是通過以煤氣化技術(shù)為“龍頭”的多種煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)的優(yōu)化集成,先從煤炭生產(chǎn)多種高附加值的化工產(chǎn)品和潔凈的氣體與液體燃料,然后再利用前面各生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的殘?jiān)?、尾氣以及余熱等低品位的能源發(fā)電。因此,從資源合理與有效利用的角度來看,多聯(lián)產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)煤炭資源價值從高到低的逐次梯級利用。
3.2 追求煤炭資源利用效率最大化
任何一種煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)都會注重從原料到產(chǎn)品的過程利用效率的最大化。而多聯(lián)產(chǎn)煤炭轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中要包含多個煤炭轉(zhuǎn)化子系統(tǒng)。顯然,每個子系統(tǒng)過程利用效率的最優(yōu)并不一定能使總系統(tǒng)的效率達(dá)到最優(yōu)。同時,對于不同的煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)而言,一種技術(shù)的產(chǎn)品也有可能是另一種技術(shù)的原料。因此,多聯(lián)產(chǎn)通過對多種煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)的優(yōu)化集成,可以實(shí)現(xiàn)從煤炭到各種產(chǎn)品的煤炭資源利用過程效率的盡可能最大化。初步估算表明,熱、電、甲醇、合成氣四聯(lián)供系統(tǒng)與分供情況相比,煤炭消耗量有可能降低22.6%。
3.3 追求煤炭利用的經(jīng)濟(jì)效益最大化
同樣,雖然任何一種煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)都會注重過程經(jīng)濟(jì)效益的最大化:但每個子系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)也并不一定能使多個子系統(tǒng)組成的多聯(lián)產(chǎn)總系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最優(yōu)。而多聯(lián)產(chǎn)將多種煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)優(yōu)化集成以后,不僅可以通過多項(xiàng)技術(shù)組合來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益,而且能夠通過各種工藝流程、主要設(shè)備、附屬設(shè)施以及公用工程的合并共用來降低工程建設(shè)的比投資,從而實(shí)現(xiàn)從煤炭到各種產(chǎn)品的煤炭資源利用過程經(jīng)濟(jì)效益的盡可能最大化。初步估算表明,IGCC熱、電、甲醇三聯(lián)供與IGCC熱、電、甲醇分供的情況相比,產(chǎn)品的綜合價格有可能降低40%;而熱、電、甲醇、合成氣四聯(lián)供與熱、電、甲醇、合成氣分供的情況相比,工程投資有可能降低38%,產(chǎn)品的綜合價格有可能降低31%。
4 煤氣化技術(shù)跨越式發(fā)展的分析
我國實(shí)現(xiàn)煤氣化技術(shù)的跨越式發(fā)展不僅非常必要,而且時機(jī)基本成熟。既有國外很多的成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)可供借鑒,又有國內(nèi)多年的基礎(chǔ)研究和工藝開發(fā)作為支撐,還有各方面的優(yōu)越條件可供利用。但也必須清醒地認(rèn)識到,跨越式發(fā)展需要建立在堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)之上,特別是跨度要適當(dāng),否則會欲速而不達(dá),既誤事,又浪費(fèi)。
4.1 煤氣化技術(shù)跨越式發(fā)展已勢在必行
面臨前所未有的發(fā)展機(jī)遇和十分廣闊的應(yīng)用市場,按照傳統(tǒng)的發(fā)展模式進(jìn)行煤氣化新技術(shù)的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用,是不可能滿足實(shí)際需要的。因此,實(shí)現(xiàn)煤氣化技術(shù)的跨越式發(fā)展是非常必要的。
在進(jìn)行煤氣化新技術(shù)研究開發(fā)和推廣應(yīng)用的過程中,不僅可以借鑒國內(nèi)外多年來在發(fā)展煤氣化技術(shù)過程中已經(jīng)取得的豐富成功經(jīng)驗(yàn)和大量失敗教訓(xùn),而且能夠利用現(xiàn)有發(fā)達(dá)的科學(xué)技術(shù)、先進(jìn)的研究開發(fā)手段、卓越的新型材料、精密的制造技術(shù)以及豐富的研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)等優(yōu)越條件,同時還有國家的統(tǒng)籌規(guī)劃、政策引導(dǎo)和資金支持以及各相關(guān)行業(yè)和一些重點(diǎn)企業(yè)的積極參與。因此,實(shí)現(xiàn)煤氣化技術(shù)跨越式發(fā)展的條件已經(jīng)具備、時機(jī)已經(jīng)成熟。
4.2 具有扎實(shí)基礎(chǔ)
實(shí)現(xiàn)煤氣化技術(shù)跨越式發(fā)展的一個前提是必須有扎實(shí)的工作基礎(chǔ),否則將缺乏必要的技術(shù)支撐。數(shù)十年來,我們在煤氣化技術(shù)的發(fā)展方面做了大量的基礎(chǔ)研究和工藝開發(fā)工作,對煤氣化的基本原理和理論基礎(chǔ)有深刻的認(rèn)識,對我國各主要煤種的氣化特性做過認(rèn)真系統(tǒng)的研究,開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多種煤氣化工藝和氣化爐型,有數(shù)十年多種煤氣化技術(shù)廣泛應(yīng)用的豐富經(jīng)驗(yàn),對國外各種主要的先進(jìn)煤氣化新技術(shù)有比較全面的了解,同時也為開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)煤氣化新技術(shù)做了大量的準(zhǔn)備工作,特別是“十五”期間國家對開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)煤氣化新技術(shù)不僅有具體的政策扶持,而且列出專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)進(jìn)行資助。所有這些都為煤氣化技術(shù)的跨越式發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
4.3 跨度要適當(dāng)
實(shí)現(xiàn)煤氣化技術(shù)跨越式發(fā)展的另一個前提是跨度必須適當(dāng),否則難以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的發(fā)展目標(biāo)。也就是說,跨越式發(fā)展必須面對現(xiàn)實(shí),尊重科學(xué)規(guī)律,不能超越或省略必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和中間過程,不可能一步跨到終點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)。急于求成和急功近利往往事與愿違,不僅收不到預(yù)想的效果,而且還會造成人力、物力及資金的大量浪費(fèi)和嚴(yán)重?fù)p失。
5客觀分析國情
我國目前仍然是發(fā)展中國家,煤炭是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱,煤氣化技術(shù)的應(yīng)用市場廣闊、領(lǐng)域廣泛,數(shù)十年來煤氣一直在各有關(guān)行業(yè)發(fā)揮著非常重要的作用。因此,各種煤氣化工藝均有足夠的市場空間。原有的一些煤氣化工藝雖然多數(shù)技術(shù)已經(jīng)落后,多數(shù)設(shè)備也已經(jīng)陳舊,但淘汰它們或用新的工藝取代它們都需要一定的時間。煤氣化新技術(shù)的發(fā)展完全依靠自主開發(fā)既不現(xiàn)實(shí),也來不及;全部依賴引進(jìn)既不可取,也吃不消。切實(shí)可行的選擇是引進(jìn)消化與自主開發(fā)相結(jié)合。
5.1 各種煤氣化工藝均有廣闊市場
我國地域遼闊,適合用于氣化的原料煤種齊全,煤氣應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,對煤氣的質(zhì)量要求也千變?nèi)f化。因此,面對世界上最大的煤氣化技術(shù)應(yīng)用市場和千差萬別的煤氣應(yīng)用途徑,各種煤氣化工藝在我國均有其足夠的發(fā)展空間。況且在多數(shù)情況下,不同煤氣化工藝相互之間并不排斥,而在一定程度上可以優(yōu)勢互補(bǔ)??梢哉f,我國是目前世界上擁有煤氣化工藝最為齊全、氣化爐數(shù)量最多的國家,而且這種情況將會在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)繼續(xù)存在。
5.2 原有落后工藝的淘汰尚需一段時間
目前,我國各行各業(yè)應(yīng)用的各種煤氣化爐總數(shù)達(dá)8 000臺以上。但總體上說,技術(shù)水平比較低,多數(shù)工藝已經(jīng)落后,大部分設(shè)備也已經(jīng)陳舊,而且生產(chǎn)能力較小,氣化效率較低,勞動強(qiáng)度較大,工作環(huán)境較差,三廢排放污染較嚴(yán)重。因此,原有的落后工藝和陳舊設(shè)備應(yīng)逐漸淘汰,以一些先進(jìn)工藝和新型設(shè)備取而代之。然而,落后工藝的淘汰需要一段時間,陳舊設(shè)備的更新也是一個漸進(jìn)過程。因?yàn)槲覈壳叭允且粋€發(fā)展中國家,技術(shù)發(fā)展水平和綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力還處于不太高的水平,尚不具備大量依靠先進(jìn)的煤氣化技術(shù)解決煤炭氣化效率較低和環(huán)境污染較重的問題,而真正需要的仍是通過經(jīng)濟(jì)、實(shí)用技術(shù)量大面廣的應(yīng)用來逐步解決存在的問題。所以,在加快發(fā)展先進(jìn)氣流床煤氣化新技術(shù)的同時,應(yīng)繼續(xù)改造現(xiàn)有的固定床煤氣化技術(shù),鼓勵推廣使用流化床煤氣化技術(shù),并適當(dāng)發(fā)展煤炭地下氣化技術(shù)。
5.3 新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)做到引進(jìn)消化與自主開發(fā)相結(jié)合
從我國對煤氣化技術(shù)的市場需求看,先進(jìn)煤氣化新技術(shù)的發(fā)展是今后的主攻方向。國外在這方面的研發(fā)工作已有二、三十年的歷史,并且已取得了很好的成果,而我國在這方面才剛剛開始實(shí)質(zhì)性的起步。顯然,完全依靠自主開發(fā)來發(fā)展煤氣化新技術(shù)是不現(xiàn)實(shí)的。首先,我們可以充分借鑒國外已有的大量成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn),既可以避免走彎路,又可以節(jié)省大量人力、物力和資金。其次,迫切的市場需求也等不及我們自力更生、從頭做起。當(dāng)然,全部依賴引進(jìn)來發(fā)展煤氣化新技術(shù)也是行不通的。如果大量引進(jìn)國外的煤氣化新技術(shù),不僅會造成關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備長期受制于人的局面,而且大量的外匯支出也承受不起。因此,切實(shí)可行的選擇是走引進(jìn)消化和自主開發(fā)相結(jié)合的路子來發(fā)展我國的煤氣化新技術(shù)。
總之,我國應(yīng)該充分借鑒和學(xué)習(xí)國內(nèi)外已有的成功經(jīng)驗(yàn),認(rèn)真總結(jié)和吸取國內(nèi)外已有的失敗教訓(xùn)??朔饔^性,避免盲目性;從實(shí)際情況出發(fā)選擇合適的煤氣化工藝和目標(biāo)產(chǎn)品,走跨越式發(fā)展道路,開發(fā)先進(jìn)的煤氣化技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備;尊重科學(xué)規(guī)律和市場法則,杜絕生搬硬套和一哄而上,真正實(shí)現(xiàn)煤氣化技術(shù)的健康、有序、可持續(xù)發(fā)展,并使其盡早為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
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