第一情报 ---能源与环境

世界煤炭利用重要新动向

供稿人:王静波  供稿时间:2009-7-10   关键字:煤炭  综合利用  清洁利用  能源  IGCC  
纵观人类的能源利用史,可以发现人类对能源的利用主要有三大转换:第一次是煤炭取代木材等成为主要能源;第二次是石油取代煤炭而居主导地位;第三次是20世纪后半叶开始出现的向多能源结构的过渡转换,这场持续到今天的多能源格局形成中,石油与煤炭占据绝对主体地位,而21世纪以来,煤炭的重要战略地位和清洁综合利用得到前所未有的重视
(一)煤炭重新站到世界能源重要地位
世界对煤炭在能源格局中的重要地位与综合利用方式的重新审视起自于20世纪的三次石油危机。石油危机,使德国和美国等西方国家重新开始煤化工技术的研发,在煤气化、煤液化、碳一化工等方面开发了一系列战略性储备技术。20世纪80年代以来,世界石油价格时涨时落,波动很大,从保障能源安全出发,世界各国加紧了大型工业化煤化工技术的开发,结合煤电转化等先进洁净煤利用技术、大型煤气化技术投入工业化运行,世界先进煤化工的核心技术不断取得突破。这推动了煤炭在世界能源消费结构中比重的上升,见下图。
 
图 1  全球一次能源消费结构比例变化
 
2007年以来,国际油价的剧烈波动性大幅上涨,以及天然气价格的上涨和运输风险,推动了世界煤炭需求强劲增长。根据IEA在《世界能源展望2007》中的预测,从2005年到2030年,从绝对数量上看,在所有一次能源品种中,煤炭的需求增量最大。全球煤炭需求在2005年到2015年期间将猛增38%,到2030年将增加73%,增长速度高于前几年WOE预测的增长值。IEA认为,2005年以来,煤炭的重要作用又得以发挥,较高的石油和天然气价格,使得煤炭成为更具竞争力的基荷发电燃料。根据参考情景(reference scenario)的预测,到2030年,中国和印度拉动的煤炭增长占全球增长量的4/5以上,这两个国家目前的煤炭消费量已占全球的45%。OECD国家的煤炭消费增长缓慢,增长量大多来自于美国。
 
表 1   参考情景中的世界原煤*需求量(百万吨标准煤)
 
 
1980年
2000年
2005年
2015年
2030年
2005-2030年均增长率
OECD国家合计
1373
1561
1615
1751
1883
0.6%
北美
571
828
846
954
1083
1.0%
欧洲
657
468
457
442
448
-0.1%
太平洋地区
145
266
311
354
352
0.5%
转型经济国家
515
292
292
341
328
0.5%
俄罗斯
-
158
148
179
187
1.0%
发展中国家
663
1421
2225
3604
4923
3.2%
中国
446
899
1563
2669
3426
3.2%
印度
75
235
297
472
886
4.5%
其他亚洲国家
51
117
173
241
337
2.7%
中东
2
11
13
20
28
3.2%
非洲
74
128
146
162
188
1.0%
拉美
16
30
33
40
59
2.4%
世界**
2570
3176
4154
5723
7173
2.2%
欧盟
-
459
453
416
393
-0.6%
说明:*包括硬煤(气煤和炼焦煤)、褐煤和泥煤;**包括统计误差和库存变化
数据来源:《world energy outlook 2007》,IEA
 
未来,全球煤炭消费前景在很大程度上取决于相对燃料的价格,政府关于燃料多元化、气候变化和空气污染的政策,以及洁净煤技术在发电中的应用发展情况。随着更高能效发电技术的广泛采用,单位千瓦时发电量所需的煤炭量将有所减少,但这又会助长煤炭相对于其他燃料的吸引力,从而导致更高的煤炭需求。
(二)清洁化、高效化、综合化的大型煤化工成为热点
在存量富足的情况下,煤炭在能源消费中真正牢居主体地位,有赖于新型清洁综合利用技术的工业化应用。因此,现代煤化工技术正成为影响世界能源消费格局的关键,也因此成为热点。
 
最近几年煤炭在全球能源中的战略要位突出显示在煤气化技术的开发和投资,可以说,煤炭气化为高油价环境下的替代能源管和化工原料生产提供了新的选择,成为保障能源安全和产业经济安全的新的选择。在保障能源安全方面,煤炭的作用体现在发电、生产替代燃料两方面,在产业经济发展方面的意义表现在生产甲醇、烯烃等基础化工产品方面,而这三者,都离不开煤的气化。以大型煤气化为龙头的现代煤化工产业成为全球能源安全和化工产业的新热点,尤其是煤化工-能源一体化的产业模式,成为联动世界能源安全与经济安全的热点。
 
当今煤化工行业正处于新一轮的发展时期,其主要特征有两个方面:一是大型煤化工技术的开发和工业化推广的进程加快,国外大公司积极开发大型煤气化、煤制烯烃、合成油等石油替代技术。二是跨国公司积极在煤资源产地寻求大型煤化工项目的投资机会,包括在中国、印度、南非、澳大利亚等煤资源大国的推进合资合作项目。

(四)煤基多联产成为煤炭综合利用的重要方式

多联产是新型煤化工的一种发展趋势。所谓多联产系统就是指多种煤炭转化技术通过优化耦合集成在一起,以同时获得多种高附加值的化工产品(包括脂肪烃和芳香烃)和多种洁净的二次能源(气体燃料、液体燃料、电等)为目的的生产系统。
 
煤的多联产是一个经过优化组合的产品网。是以煤气化技术为“龙头”,组合了多种生产工艺来进行跨行业、跨部门的联合生产。以得到多种具有高附加值的化工产品(如甲醇、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),以及充分利用工艺过程的热并进行发电的能源系统。
 
目前多联产系统可根据不同的产品取向分为以油品和化工产品为主的煤化电多联产,以生产二甲醚和甲醇重整气为主的煤化电多联产和以燃料为主的煤化电多联产。
 
其中,煤电化技术整合成为煤基多联产的新趋势,在原煤、化两位一体的基础上,将发电列入,实现煤电化三位一体的发展模式,即IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle,整体煤气化联合循环)模式。它由煤炭气化和净化及燃气一蒸汽联合循环发电两部分组成。煤气化后,经过净化,除去煤气中的硫化氢和粉尘,将固体燃料转化成清洁的气体燃料,供燃气轮机燃用。其排气经余热锅炉产生的高压蒸汽可再驱动再热式汽轮机。大大地提高了燃料中能量的转换效率。IGCC和煤化工结合成多联产系统,能同时生产电、热、燃料气和化工产品,便于与生产甲醇、醋酸、氨、尿素等化工过程结合,使煤得以充分利用,大大地降低了生产成本。欧美已经相继建成了多座300 MW 的一体化电站。美国已建成煤气化能力900 t/d、联合循环发电系统由发电机组、余热锅炉组成,出力可达100 MW。目前IGCC的首要问题仍然是煤气化技术的突破,而各种炉型的继续开发与强化、多煤种的适应性、设备大型化、降低污染程度,也是煤电化整合系统未来发展的关键。
 
多联产的近期目标是基于目前工业成熟的单元工艺,实现包括煤气化、燃气轮机发电、车用液体燃料生产和化工产品合成的初级多联产系统;远期目标是通过进一步研究开发,除涵盖煤气化制氢、燃料电池发电、液体燃料生产、化工产品合成之外,以实现CO2捕集埋藏、生产无污染的氢能利州及燃料电池发电为最终日标,实现煤炭利用的近零排放。
参考资料:
《world energy outlook 2007》,IEA
《世界煤化工发展趋势》,魏力,《辽宁化工》,2007.01
等。
 

 


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