神霧環(huán)保：開啟煤炭利用新革命

馬文良

“依托顛覆性的煤化工技術，煤炭將是未來的黃金?！?/p>

近日，神霧環(huán)保技術股份有限公司（下稱神霧環(huán)保）在北京發(fā)布顛覆性的煤化工技術——“乙炔法煤化工新工藝”（下稱新工藝）。與其它煤化工技術相比，這項由我國民營科技企業(yè)自主研發(fā)、全球首創(chuàng)的新工藝為我國現(xiàn)代煤化工開辟出一條全新的工藝路徑，能源利用效率更高、水耗更低、污染物排放更少、經(jīng)濟效益更好，將為我國實現(xiàn)煤炭清潔高效利用，重塑能源生產(chǎn)與消費體系，推動綠色低碳發(fā)展提供重要的科技支撐。

與目前國際流行的以煤炭氣化為龍頭的現(xiàn)代煤化工工藝路線不同，新工藝通過顛覆性技術創(chuàng)新，以“蓄熱式電石生產(chǎn)新工藝”為核心，在生產(chǎn)低成本乙炔的同時，還能生產(chǎn)出大量低成本的合成氣（氫氣和一氧化碳）、石油、天然氣等，進而可大量生產(chǎn)烯烴、汽柴油、甲醇、天然氣、乙二醇、芳烴等重要的能源化工產(chǎn)品。

新工藝根據(jù)煤炭的分子結構及固有特性，采用蓄熱式電石生產(chǎn)新工藝，將煤炭中的揮發(fā)份與固定碳進行分質梯級利用，煤炭中的揮發(fā)份通過催化熱解產(chǎn)生了人造天然氣、人造石油、合成氣；煤炭中的固定碳在高溫下還原生石灰，生成了電石和一氧化碳，電石再與水反應生成乙炔。這些生產(chǎn)出的乙炔、人造石油、人造天然氣、合成氣等可同時發(fā)揮碳一化工、乙炔化工和石油天然氣化工各自的優(yōu)勢，形成了上述三種化工工藝的有機結合。與煤氣化工藝相比，單位產(chǎn)品的投資額、能耗、水耗、二氧化碳排放等指標大幅降低。目前該項新工藝已經(jīng)在內蒙古察哈爾右翼后旗杭寧達萊工業(yè)園區(qū)成功實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)，各項技術指標達到預期。

神霧環(huán)保董事長吳道洪博士表示，在全面建成小康社會、推進生態(tài)文明建設的背景下，我國面臨能源需求上升和環(huán)保壓力增加的雙重倒逼。石油、天然氣的對外嚴重依賴，決定了我國必須做好煤炭的清潔高效利用這篇文章，其中的關鍵在于科技創(chuàng)新和技術突破，利用科技的力量推動供給側生產(chǎn)方式的變革。新工藝顛覆了現(xiàn)代煤化工技術，破解了制約煤化工健康可持續(xù)發(fā)展的難題，具有節(jié)能、減排、增效等技術優(yōu)勢。這將開啟中國煤炭消費與利用的革命，實現(xiàn)煤炭從燃料轉為原料的高效清潔利用，在促進制造業(yè)、重工業(yè)、重化工業(yè)快速發(fā)展的同時，從源頭減少污染物和二氧化碳排放。

能源需求和環(huán)保壓力倒逼

現(xiàn)代煤化工亟待發(fā)展和突圍

隨著我國全面建成小康社會、實現(xiàn)現(xiàn)代化的推進，能源需求將持續(xù)增長。2014年我國人均能源消費量為3.1噸標準煤，不到發(fā)達國家的一半。而從發(fā)達國家走過的歷程來看，生活水平要達到比較高的程度，人均年能源消費量一般不低于4噸標準煤，我國要建成中等收入發(fā)達國家，能源需求勢必有很大的增長，現(xiàn)在的能源過剩不代表未來能源過剩。

我國能源結構特點是“富煤、貧油、少氣”，石油、天然氣嚴重依賴進口，風能、太陽能等新能源目前只是發(fā)展方向和有效補充，煤炭在相當長的一個時期內仍然是我國最可靠、最穩(wěn)定、最經(jīng)濟的能源，2015年我國能源消費中煤炭占64%。目前煤炭的利用方式對水、土壤、大氣等生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響，我國二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放量的67%、煙塵排放量的70%、人為源大氣汞排放量的40%、二氧化碳排放量的70%以上均來自于燃煤。

在能源需求和環(huán)境壓力的倒逼之下，如何在經(jīng)濟中高速增長的同時建設生態(tài)文明、兌現(xiàn)減排國際承諾，是我國當前無法回避的挑戰(zhàn)。吳道洪表示，根據(jù)我國的資源稟賦應該繼續(xù)多用煤，但分散式、粗放式的燒煤的方式已行不通，唯有發(fā)展清潔、低碳煤化工，將煤炭從燃料變?yōu)樵希嘤妹荷贌?，才是出路所在?/p>

“從鉆木取火，到追逐太陽能、風能，人類獲取能源的方式逐漸提升，向著清潔化、低碳化的方向發(fā)展。對于地球上大量埋藏的煤炭而言，應該更多的作為原料去生產(chǎn)化工產(chǎn)品，而不應該僅僅當作燃料去簡單、粗放地燃燒?！眳堑篮檎f，“煤炭作為原料的時候，其中的碳原子變成我們日常所需的清潔燃油、天然氣及各種石油化工產(chǎn)品，而作為燃料的時候就變成二氧化碳排入大氣，加速全球氣候變暖。”

從世界范圍看，煤炭作為燃料和原料的比例為77：23，而我國絕大部分煤都作為燃料，2015年現(xiàn)代煤化工用煤量占我國煤炭消費量的比例僅為1.5%，由煤化工生產(chǎn)的重要能源化工產(chǎn)品占比很低，未來煤化工的發(fā)展空間非常巨大。

在過去兩個五年規(guī)劃中，我國一直鼓勵發(fā)展清潔高效煤化工，過去10年總共核準的煤化工投資項目1.56萬億元，“十三五”規(guī)劃中國家繼續(xù)大力支持發(fā)展煤化工，預計將繼續(xù)投入資金3萬億元。但我國以煤氣化為龍頭的煤化工行業(yè)一直被投資大、能效低、水耗高、經(jīng)濟性差等問題困擾，尤其是近兩年來全球石油價格暴跌近70%，導致煤化工幾無利潤可言。無論是從企業(yè)盈利和發(fā)展的需要，還是為滿足國家和行業(yè)相關環(huán)保要求，煤化工行業(yè)都迫切需要新的工藝和技術，去突破發(fā)展困局。

節(jié)能減排增效 新工藝顛覆煤化工技術

煤氣化是以氧氣和水蒸汽為氣化劑，在高溫下通過化學反應將大分子結構的煤首先轉化成小分子的合成氣（一氧化碳和氫氣），再經(jīng)過復雜的合成反應生成汽柴油、天然氣、烯烴、乙二醇、芳烴等下游重要能源化工產(chǎn)品。

新工藝把中低階煤炭與生石灰混合造塊后，在隔絕空氣的條件下，加熱到900℃以上，使其中的揮發(fā)份分解，產(chǎn)生合成氣、人造天然氣和人造石油等；沒有分解的碳與石灰在高溫下反應生成電石和一氧化碳，電石與水反應生成乙炔，乙炔往下游延伸合成聚乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、1，4-丁二醇、丙烯酸、芳烴、橡膠等重要化工產(chǎn)品。新工藝是以煤制乙炔為龍頭的碳二化工工藝，又同時發(fā)揮了碳一化工、碳二化工和石油天然氣化工三種路線各自的優(yōu)勢，具有顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢和環(huán)保優(yōu)勢。

在能源轉換效率上，煤氣化工藝和新工藝都近80%以上，但煤氣化僅僅獲得了合成氣，是最初級的化工原料，所有終端產(chǎn)品尚需進一步的復雜合成才能獲得。而新工藝同時獲得了合成氣、石油天然氣和乙炔，三種產(chǎn)品按熱值占比分別為24%、38%和38%，不僅有初級原料，還有更高級的油氣、乙炔等原料，這是煤氣化合成氣還需要進一步反應才可以獲得的，相當于新工藝一步就可以獲得煤氣化下游需要2—3步反應轉化才能獲得的能源化工產(chǎn)品，縮短了工藝流程、降低了系統(tǒng)能耗。

在投資上，以100萬噸烯烴項目為例，煤氣化法煤化工需投資約280億元，新工藝需要約200億元，減少28%；在能耗上，新工藝生產(chǎn)每噸烯烴的煤耗下降約26%；在水耗上，煤氣化生產(chǎn)每噸烯烴耗水量約27噸，新工藝需要約13.2噸，下降約50%；在排放上，煤氣化生產(chǎn)每噸烯烴排放二氧化碳約7.5噸，新工藝排放約4.73噸，下降約37%；在成本上，新工藝生產(chǎn)每噸烯烴成本下降15%以上。此外，煤氣化生產(chǎn)每噸烯烴副產(chǎn)約0.06噸碳四/碳五，而新工藝可副產(chǎn)0.4—0.7立方米天然氣和0.15-0.2噸石油，綜合效益更好。

乙烯、丙烯等低碳烯烴是重要的基礎化工原料，其產(chǎn)量是衡量一個國家石油化工發(fā)展水平的標志，迄今為止世界范圍內的低碳烯烴絕大多數(shù)由石油、天然氣作為原料加工得來。近十年來我國大力發(fā)展煤化工，約有20%的低碳烯烴是由煤氣化法制烯烴工藝產(chǎn)出的，但近兩年石油價格暴跌使其經(jīng)濟性受到巨大影響。

吳道洪表示，神霧環(huán)保顛覆性的乙炔法制烯烴路線，完全顛覆了上述兩種烯烴生產(chǎn)路線，直接用乙炔制乙烯流程短、投資少、能源轉化效率高、水耗少、產(chǎn)品成本更低。新工藝為我國煤炭清潔高效利用創(chuàng)新出了一條新途徑，我國大力發(fā)展現(xiàn)代煤化工有了更好的技術選擇。這意味著以中低階煤炭和石灰為原料、以電為能源可以生產(chǎn)目前石油化工行業(yè)的所有下游化工產(chǎn)品，我國每年13.2萬億元的石化產(chǎn)品有望擺脫對外依賴的局面，能源安全將有新的保障。

產(chǎn)業(yè)化投產(chǎn)成功 技術先進性凸顯

20世紀50年代以前，乙炔是“有機合成工業(yè)之母”，可以合成幾千種化工產(chǎn)品，主要由電石與水反應生成。在石油天然氣大量開采和電石行業(yè)高污染、高能耗、高成本的雙重影響之下，導致乙炔價格高企，用乙炔去生產(chǎn)乙烯、甲醇等化工產(chǎn)品成本倒掛，這也制約了乙炔化工的發(fā)展。因此如何大規(guī)模地獲取低成本乙炔，是發(fā)展乙炔化工、現(xiàn)代煤化工及現(xiàn)代石油化工的關鍵。

在內蒙古港原化工有限公司，采用新工藝的電石生產(chǎn)線已經(jīng)成功投產(chǎn)。神霧環(huán)保采取合同能源管理的模式，利用新工藝對原有的傳統(tǒng)電石爐進行節(jié)能降耗技術改造。此項目已入選中美兩國首批10個提高能效示范項目之一，改造投資1.6億多元，每年產(chǎn)生節(jié)能效益預計可達7500多萬元。

新工藝使用廉價的低階粉煤、粉狀石灰作為生產(chǎn)原料，替代高階煤炭、蘭炭、焦炭、塊狀石灰等，生產(chǎn)1噸電石的原料成本降低43.75%。同時，采用蓄熱式燃燒技術和高溫物料密閉保溫熱送技術，大幅度節(jié)約了能源，降低了能耗；粉狀原料增加了接觸反應面積、提高了反應速度，降低了反應的溫度，進一步降低了電耗。生產(chǎn)1噸電石耗電量從3150度降低為2500度，綜合能耗降低20%。此外，生產(chǎn)1噸電石還副產(chǎn)出70千克人造石油和260立方米煤氣，附加值提升15%以上。

通過兩種工藝生產(chǎn)過程直接對比，生產(chǎn)1噸電石總的可以增加經(jīng)濟效益500元以上，減排粉塵188千克、二氧化碳689千克、二氧化硫20千克和氮氧化物10千克，大氣污染物排放量比傳統(tǒng)工藝下降50%以上。如果對我國現(xiàn)有3000萬噸電石產(chǎn)能進行技術改造，每年能夠增加150億元的收益，副產(chǎn)250萬噸人造石油和75億立方米人造天然氣，減少煤炭消耗529萬噸標準煤，減排二氧化碳1375萬噸。

石油化工產(chǎn)業(yè)是國家的基礎產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，目前我國每年13.2萬億元產(chǎn)值的石油化工產(chǎn)品均是以石油、天然氣為原料。新工藝大幅降低了電石生產(chǎn)的原料成本和電耗，低成本電石就可以產(chǎn)出低成本乙炔，乙炔再向下游延伸生產(chǎn)各種重要的化工產(chǎn)品，技術和經(jīng)濟上完全可以替代烯烴等石化產(chǎn)品和其它煤化工技術的產(chǎn)品，將為我國的石油化工市場開辟一條全新的路徑。

吳道洪表示，新工藝以石灰、煤炭為原料，以電力為能源，未來隨著太陽能、風能等新能源的發(fā)展，我們可以從自然界獲得清潔的電能來生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品，代替用燃煤發(fā)電來作能源。以煤制乙炔化工為龍頭的現(xiàn)代煤化工，將加速新能源進入化工產(chǎn)品生產(chǎn)時代，使煤炭作為原料，而不再是燃料，真正意義上實現(xiàn)多用煤少燒煤、從源頭上治理環(huán)境污染，推動我國兌現(xiàn)國際減排承諾，幫助人類應對氣候變化。

“依托顛覆性的煤化工技術，煤炭將是未來的黃金。”吳道洪說。