煤炭清洁转化产品的研究

在我国, 无论是以往还是现在, 基础能源就是煤炭, 即使对能源结构有了一定的调整, 但也没有打破煤炭为主导地位的情况, 其主要原因也是我国的自然资源最丰富的也就是煤炭了。当然, 煤炭也是属于有限资源, 必须要高效清洁地利用, 从而能够保证能源安全和环境治理等。随着科技和社会的发展, 煤炭的不仅仅有发电和发热的作用, 而且还产生了一种新的、重要的利用方式, 那就是新兴煤化工, 其中包括煤制油品、天然气以及烯烃等化工产品。

一、煤炭清洁转化产品的要求

煤炭清洁转化产品的要求是清洁、高效和可持续。

清洁主要是在开发、利用以及转化污染物的过程中要实现全程近零排放;将那些比较高碳的煤炭原料转化为相对来说比较低碳的清洁燃料, 同时这也是高碳能源实现低碳化利用的有利条件;清洁这一要求有利于实现污染物以及共伴生资源最大限度的资源化利用。

高效主要是包括高效的技术以及装备, 主要体现在煤炭的开发、利用和转化的整个过程;除此之外, 高效还体现在煤炭开发、利用以及转化的优化集成高效系统;还有就是能够有效地利用煤炭中的特殊成分。

可持续主要是对自然环境的一种保护要求。在煤炭的开发、使用以及转化的过程中, 必不可少的就是对水资源的一种利用, 所以要在利用地下水有限资源的同时加以保护;地表生态环境也是遭到了影响和很大的破坏, 在此基础上, 不仅要保护地表的生态环境, 而且还有改善地表的生态环境, 从而能够实现煤炭开发利用生态环境的可持续。还有就是要最大限度的减少二氧化碳的排放, 可以将二氧化碳化作能源利用起来, 这样, 不仅能够缓解温室效应, 而且能够持续保障国家的能源安全。

二、煤炭清洁转化产品的技术

煤炭清洁转化主要是以化学方法为主, 如今洁净煤技术的核心以及未来的发展方向, 就是将煤炭转化为清洁的染料或是化工产品的技术, 其中包括煤炭气化、煤炭液化、燃料电池以及多联产系统等。

煤炭气化技术, 主要是煤在特定的设备内、在适宜的温度中、在适当的压力下煤炭中有机质与气化剂中发生了一系列的化学反应, 将固体煤转化成CO2, H2和CH4等可燃气体为主要成分的生产过程。

煤炭液化技术, 就是固体煤在适宜的反映条件之下转化为液体燃料以及化工原料的过程。煤炭通过加氢和加氢裂解反映可以脱除绝大部分杂原子, 转化成为外观与石油相似的煤液体, 但是其组成成分与石油的差别是非常大的, 这种技术也被称为煤的直接裂化。

燃料电池技术, 利用其发电, 同样是在一定条件下将氢气、天然气以及煤气与空气中的氢气发生化学反应, 然后将化学能转化为电能的过程, 只要有燃料和氧化剂供给, 就会有持续不断的有电力输出, 能量转换效率高达40%~50%。燃料电池除可发电外, 还可作为电动汽车的电源, 无污染、启动快、电池寿命长、比功率高、比能量高, 可用于固定发电系统、现场用电源、分布式电源、空间飞行器电源及交通工具用电源等方面。

多联产系统, 所谓的多联产就是将以煤气为技术的多种煤炭转化技术通过优化组合集成在一起, 以同时获得多种高附加值的化工产品和多种洁净的二次能源;化工产品包括脂肪烃和芳香烃, 二次能源包括气体燃料、液体燃料、电能等。不仅能够实现煤炭资源的阶梯利用, 达到煤炭资源价值的提升, 利用率和经济效益最大化, 而且能够做到煤炭利用过程对环境的保护, 并为中国氢能发展提供良好的基础。

三、煤炭清洁发展的现状

煤炭工业作为基础性的产业, 在国家促进煤炭工业健康发展的相关政策指导下, 其改革发展取得了非常显著的成效, 结构调整步伐加快, 科技创新能力增强以及煤炭市场化改革取得了突破性的进展;并且坚持贯彻落实科学发展观, 大力发展以煤为主的循环经济, 并形成了一些循环经济工业园区, 为我国的煤炭清洁生产利用探索出了一条有效的途径。

四、煤炭清洁转化遇到的问题

我国的煤炭清洁转化发展遇到了一系列问题:首先是认识不一致, 专家对于发展煤炭清洁发展存在着一定的争议;其次是规划不到位, 煤化工业的发展规划没有形成;还有就是机制不完善;市场主体不成熟以及温室气体减排不落实。煤炭化工工业是技术与资金密集型产业, 需要消耗一定量水资源, 产生大量的二氧化碳和其它的污染物, 这些社会负效应没有引起足够的认识, 而且政府也没有规范的要求;而且碳排放成本方面国家的预期政策不明朗, 相关工作不到位, 减技术也没有很大的发展, 部分地区以及企业只重视发展忽视科学, 只重视形式忽视实质, 只重视当前忽视长远, 只重视单干忽视合作。

五、煤炭清洁转化的方式

1. 促进煤炭向燃料或是原料并重发展

要充分利用煤炭碳、氢等元素发热和化工合成原料的功能, 满足电、热需求的同时, 生产天然气、超低污染物含量的液体燃料油、航空及军用特种燃料、化工品等多种清洁能源和工业原料。其中, 煤基清洁能源替代石油重要性凸显, 焦炭、煤制化肥等传统煤化工已向石油替代方向的现代煤化工转变。

2. 促进煤炭向新能源、可再生资源协同发展转变

我国拥有全球规模最大的煤电装机容量, 同时拥有全球规模最大的水电、风电、在建核电。如果放在一个能源体系中考虑, 可以将新能源、可再生能源的大规模应用与煤电、煤化工多联产技术相结合。这一结合技术可行、成本可控。例如光热发电自己发展可能会受到一些限制, 如果光热和煤电结合则在经济上完全可行。

3. 促进近零排放目标的清洁高效利用转变

无论是经过液化还是气化, 煤炭转化的终极目标是生产包括电力、燃料和化工产品在内的终端产品, 在生产过程中要把污染物和温室气体的排放降至最低, 做到近零排放。一方面在转化过程中去除所有的污染物, 并实现伴生资源 (铝、镓、锗、铀、硫等) 、废弃物或污染物进行的资源化高效综合利用、吃干榨净;另一方面利用碳捕获、利用和封存技术降低温室气体排放。

4. 促进煤基能源生产消费向智能化方向发展

在一次能源 (以此能源主要包括化石能源、可再生能源、核能) 、二次能源 (主要包括电力、清洁燃料、液体燃料) 、智能电网、储能与燃料电池技术和终端用户之间建立基于物联网的智能能源系统, 通过最优化选择, 提高整个能源体系效率, 降低排放。通过清洁低碳能源与智能能源系统的结合实现能源产业革命。

结论

煤炭清洁转化产品的发展对于提高煤炭利用效率, 保护环境, 加快发展清洁转化产品的生产和利用, 提高煤炭资源的开发利用效率, 控制污染物排放, 构建节约发展、清洁发展、安全发展以及可持续发展具有新型煤炭工业体系, 保障国家能源安全稳定供应, 支撑经济社会平稳较快发展, 对于改变中国能源消费结构, 保障中国能源供应安全和实现经济社会的可持续发展具有重要意义。