了得網工業技術_煤基多聯產技術

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《煤基多聯產技術》可供煤基多聯產繫統研究的專業人員以及能源、化工領域的研究和開發設計人員閱讀參考。

內容簡介

《煤基多聯產技術》是《中國煤炭清潔高效可持續開發利用戰略研究》叢書之一。

煤基多聯產技術是先進清潔的煤炭利用技術, 是綜合解決我國能源繫統所面臨的主要問題的重要途徑和關鍵技術。《煤基多聯產技術》從我國油品需求現狀及未來趨勢分析出發, 分析我國發展煤基替代燃料的必要性和必然性, 以及煤基替代燃料的發展現狀及問題。《煤基多聯產技術》采用全生命周期評價方法, 對各類煤基替代燃料技術進行定量評估, 為多聯產發展方向提供依據, 並給出適合中國國情的煤基替代燃料的*規模。結合中國資源狀況和技術發展情況, 分析未來中國多聯產繫統發展的規模和布局, 提出了中國2030 年前多聯產繫統的發展戰略和路線圖, 並對多聯產發展的政策和保障體繫提出了初步建議。

目錄

第 1章緒論 (1) 1． 1多聯產是綜合解決中國能源挑戰問題的重要途徑 (1) 1． 2多聯產發展戰略研究的關鍵問題 (3) 1． 3研究內容及主要結論 (4)

第 2章中國油品需求現狀及未來趨勢分析 (8) 2． 1中國油品需求的現狀分析 (8) 2． 2中國油品需求的未來趨勢分析 (15) 2． 3結論和建議 (37)

第 3章煤基液體燃料發展現狀和問題 (39) 3． 1煤炭資源供應潛力分析 (39) 3． 2煤基液體燃料技術發展現狀 (44) 3． 3煤基液體燃料的發展政策分析 (49) 3． 4結論和建議 (51)

第 4章多聯產 / IGCC繫統 LCA分析與研究 (54) 4． 1生命周期評價的意義 (54) 4． 2 LCA的評價的邊界條件的選取 (54) 4． 3研究內容 (55) 4． 4結果與分析 (59) 4． 5靈敏度分析 (70) 4． 6基本預測 (72) 4． 7結論 (75)

第 5章煤基替代燃料發展的損益分析 (77) 5． 1能源安全內涵分析 (77) 5． 2能源安全損益分析原理 (82) 5． 3煤基替代燃料案例分析 (84) 5． 4結論 (91)目錄

第 1章緒論 (1) 1． 1多聯產是綜合解決中國能源挑戰問題的重要途徑 (1) 1． 2多聯產發展戰略研究的關鍵問題 (3) 1． 3研究內容及主要結論 (4)

第 2章中國油品需求現狀及未來趨勢分析 (8) 2． 1中國油品需求的現狀分析 (8) 2． 2中國油品需求的未來趨勢分析 (15) 2． 3結論和建議 (37)

第 3章煤基液體燃料發展現狀和問題 (39) 3． 1煤炭資源供應潛力分析 (39) 3． 2煤基液體燃料技術發展現狀 (44) 3． 3煤基液體燃料的發展政策分析 (49) 3． 4結論和建議 (51)

第 4章多聯產 / IGCC繫統 LCA分析與研究 (54) 4． 1生命周期評價的意義 (54) 4． 2 LCA的評價的邊界條件的選取 (54) 4． 3研究內容 (55) 4． 4結果與分析 (59) 4． 5靈敏度分析 (70) 4． 6基本預測 (72) 4． 7結論 (75)

第 5章煤基替代燃料發展的損益分析 (77) 5． 1能源安全內涵分析 (77) 5． 2能源安全損益分析原理 (82) 5． 3煤基替代燃料案例分析 (84) 5． 4結論 (91)

第 6章多聯產繫統的研發現狀及定義 (93) 6． 1多聯產繫統研究現狀 (93) 6． 2多聯產繫統示範裝置運行情況 (96) 6． 3多聯產繫統的分類 (102)

6． 4多聯產繫統的定義 (104)

6． 5結論 (105)

第7章多聯產發展的規模和布局分析 (106)

7． 1中國甲醇的消費現狀和未來預測 (106)

7． 2煤基多聯產繫統發展的規模和布局 (111)

第 8章多聯產繫統發展戰略及路線圖 (116)

8． 1多聯產繫統發展的現狀及形勢 (116)

8． 2多聯產繫統發展的戰略思路和目標 (117)

8． 3多聯產繫統發展的戰略措施及技術路線圖 (120)

8． 4多聯產繫統發展的政策保障措施 (122)

參考文獻 (124)

媒體評論

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第1章緒論

1． 1多聯產是綜合解決中國能源挑戰問題的重要途徑

(1)中國能源問題

在過去的 30多年裡 ,伴隨著經濟高速發展 ,中國能源需求快速增長 ,對能源供給與環境生態提出了巨大挑戰 ,主要表現在以下五方面 (倪維鬥等, 2008)。

1)能源需求量巨大且快速增長 ,供應能力緊張。盡管近年來能源需求快速增長 ,但由於人口基數大 ,人均能源消耗水平尚低於世界人均水平,因此隨著經濟的進一步發展 ,人均能源消耗和能源消費總量還將進一步增長。能源消費總量的快速增加將給中國的能源供應帶來巨大的壓力。

2)液體燃料短缺

,高度依靠進口 ,能源安全堪憂。近年來 ,中國汽車保有量不斷攀升 ,交通消耗占中國每年石油消費的 30%以上 (國家統計局 , 2010 ) (此為統計年鋻數值 ,如果按大交通計算 ,應為 “約 50% ” ),而且這一比例還在繼續增長。中國 2008年原油及其成品油淨進口量約為 2億 t(國家統計局 , 2010),對外依存度達到 53% ,今後可能還將繼續增加 ,中國能源安全問題面臨嚴峻挑戰。

第1章緒論

1． 1多聯產是綜合解決中國能源挑戰問題的重要途徑

(1)中國能源問題

在過去的 30多年裡 ,伴隨著經濟高速發展 ,中國能源需求快速增長 ,對能源供給與環境生態提出了巨大挑戰 ,主要表現在以下五方面 (倪維鬥等, 2008)。

1)能源需求量巨大且快速增長 ,供應能力緊張。盡管近年來能源需求快速增長 ,但由於人口基數大 ,人均能源消耗水平尚低於世界人均水平,因此隨著經濟的進一步發展 ,人均能源消耗和能源消費總量還將進一步增長。能源消費總量的快速增加將給中國的能源供應帶來巨大的壓力。

2)液體燃料短缺

,高度依靠進口 ,能源安全堪憂。近年來 ,中國汽車保有量不斷攀升 ,交通消耗占中國每年石油消費的 30%以上 (國家統計局 , 2010 ) (此為統計年鋻數值 ,如果按大交通計算 ,應為 “約 50% ” ),而且這一比例還在繼續增長。中國 2008年原油及其成品油淨進口量約為 2億 t(國家統計局 , 2010),對外依存度達到 53% ,今後可能還將繼續增加 ,中國能源安全問題面臨嚴峻挑戰。

3

)環境污染嚴重。伴隨能源消耗增長 ,環境問題也日益嚴峻 ,中國的大氣污染的特點在於 :常規污染 (NOx、 SO 2和煙塵 )仍是中國的主要問題 ,大城市中 ,交通已超過燃煤成為 NOx排放的主要來源。

4)溫室氣體排放量巨大而且迅速增加。近年來隨著能源消耗的增

長,中國溫室氣體排放量迅速增長 ,已成為世界上主要的溫室氣體排放國之一。國際社會減排 CO2的呼聲必將對中國產生巨大的政治和經濟壓力 ,甚至成為限制中國經濟發展的邊界條件。

5)農村和小城鎮所需能源的供應。在現今的農村 ,還有相當數量的農民沒有得到良好的能源服務 ,日益富裕起來的農民將需要更方便和清潔的能源。而與此同時 ,中國城鎮化率每年增長約 1% (國家統計局 , 2010),每年有超過 1000萬的人口進入新的城鎮 ,眾多日益崛起的小城鎮需要清潔能源服務。農村和小城鎮的能源需求都將對能源供應的數量、品種以及基礎設施建設提出巨大挑戰。

不難看出 ,以上提到的五大挑戰均和煤炭有千絲萬縷的聯繫。一方面,煤炭是當前中國的主力一次能源 ,且中國的能源結構將導致煤炭在未來相當長的一段時期內仍將是中國能源供應的主體 ,將是中國能源不可或缺的一部分 ;另一方面 ,煤炭的開采和直接燃燒是引起中國生態、環境污染和溫室氣體排放等諸多問題的主要原因之一。

(2)多聯產繫統的優勢

要解決中國能源面臨的挑戰問題 ,關鍵在於發展先進的煤炭利用技術。多聯產繫統正是一條先進的煤炭利用技術路線 ,是綜合解決五大問題的重要途徑和關鍵技術 (倪維鬥等 , 2003),其優勢表現在以下三方面。

1

)多聯產可以生產多種產品 ,效率提高有助於緩解能源供需矛盾和液體燃料短缺。粗煤氣通過高溫淨化後獲得純淨硫和淨煤氣 ,然後可以以淨煤氣為原料來進行熱、電、氣、化工聯合生產 ,即在發電的同時 ,還可以大規模地生產甲醇、二甲醚、 F-T油等替代燃料 ,以及化工品和城市煤氣等。

2)多聯產能將污染物和溫室氣體排放降到 ,滿足未來社會對環保和溫室氣體減排更嚴格的要求。一方面 ,煤氣化繫統的合成氣淨化環節可以有效地脫除各種污染物 ;另一方面 ,在煤氣化整個工藝過程中可以以較小的增加成本捕捉高濃度、高壓的 CO2,滿足未來減排 CO2的需要。

3)多聯產繫統的實質是多種不同類型產品生產過程的優化耦合。優化耦合後的繫統不僅可以實現電力與高附加值化工產品的聯產、有效地降低各產品的成本 ,而且還可以靈活地調節多個產品之間的 “峰谷差 ”,使得整體繫統的經濟效益始終維持在高水平。

因此 ,發展煤基多聯產繫統是綜合解決中國能源挑戰的重要途徑 ,應作為中國近期、中期、遠期的重要能源戰略之一。它不僅對中國能源繫統終走上可持續發展之路具有深遠意義 ,而且對緩解中國當前面對的能源資源和環境瓶頸具有重要的現實意義。

1． 2多聯產發展戰略研究的關鍵問題

多聯產發展戰略研究需解決以下 5個關鍵性問題。

(1)為什麼要發展多聯產

需要研究多聯產與中國社會經濟發展、能源發展的關聯和必要性。從中國國情出發 ,特別是從中國油品供需現狀和未來發展趨勢著手 ,分析發展煤基替代燃料的必要性 ,進而通過分析中國煤基替代燃料的發展現狀和問題 ,揭示煤基多聯產發展的重要性和必然性 ,是進行煤基多聯產發展戰略研究必須回答的先決問題。

(2)該發展什麼種類的多聯產

正如中國煤基替代燃料的種類多種多樣 ,煤基多聯產也有多種類型。如何科學合理地評價不同種類多聯產產出的煤基替代燃料的優劣 ,選擇何種類型的替代燃料產品是多聯產發展過程中必須回答的問題。

(3)發展多大規模的多聯產

需要對多聯產發展的原理和規律進行研究。通過在能源安全整體框架

3

下思考多聯產的產品 ———替代燃料的作用和地位 ,通過考察替代燃料正反兩方面作用的辯證關繫和規律 ,可以認識替代燃料發展的原理和約束 ,為科學地確定替代燃料發展 ,進而為多聯產發展的戰略目標和實施策略奠定思想基礎。

(4)什麼時候 ,在什麼地方發展多聯產

需要從中國特定資源結構、分布特點 ,中國總體能源消費結構、技術和利用狀況出發 ,通過對各種可選擇的多聯產技術開展基於地域情景的布局研究 ,為選擇和制定中國多聯產的發展方向、路線和重點提供客觀依據。

(5)如何制定和保障多聯產的發展戰略和技術路線圖

為國家提出正確的、繫統的、有見地的和可操作的戰略建議是本書的終目標。一方面 ,需要研究和確定中國 2030年前多聯產發展意圖達到的戰略目的以及指導方針 ;另一方面 ,需要研究在滿足 2030年能源供應和其他發展約束的前提下 ,如何設計多聯產研發、示範、推廣和產業化以及相應政策保障措施的時間路線圖。

1． 3研究內容及主要結論

多聯產繫統生產的液體燃料產品對解決中國的液體燃料短缺 ,降低石油進口依存度 ,保障能源安全具有重要意義。煤基液體燃料是煤基多聯產繫統的重要產品之一 ,而其用途在於替代目前主要通過石油煉制得到的各類油品的消費 ,如汽、柴油、 LPG和石腦油等 ,以緩解石油安全的壓力和改善油品終端利用的技術經濟性和環境排放。為分析煤基液體燃料的未來產品需求 ,首先需要明確中國石油基油品需求的現狀和趨勢,以及所需要的油品替代規模。本書從油品的資源供應、原油煉制以及終端消費的整體繫統出發 ,分析了中國油品需求的現狀和未來趨勢 , 預測中國未來的替代燃料需求潛力可達0． 6億 ~1億 t的規模 ,從而為煤基多聯產繫統的發展規模判斷提供了依據。

在分析替代燃料發展潛力的基礎上 ,本書從多個層面、多個維度出發,通過煤基液體燃料供應鏈各方面基礎信息的收集和分析 ,對煤基液體燃料技術的發展進行了全面、客觀的評價。分析了包括煤直接液化、間接液化、煤基甲醇、煤基二甲醚等幾種主要技術的發展現狀 ,以及各轉化環節的技術、經濟和環境性能的比較 ,並對以上各種煤基液體燃料的發展現狀、發展障礙和未來潛力進行了評述。

本書選取了在技術上較為成熟、發展潛力較大的四種典型煤基多聯產繫統作為研究對像 ,對其經濟、能效、環境特性進行了全生命周期分析。研究結果顯示 ,多聯產繫統可更好地實現能量的梯級利用和集成 ,能量利用效率要高於 IGCC繫統。多聯產繫統比投資高於傳統的火力電廠以及超臨界、超超臨界電廠比投資。全生命周期過程中繫統的 CO2排放主要來源於煤的轉化利用階段 ,而多聯產繫統化學品運輸、利用過程也是另一重要排放源 ,提高化學品生產、消耗鏈環節效率是減排的關鍵。

通過分析能源安全的內涵 ,以及石油戰略儲備和煤基替代燃料在能源安全中的作用 ,對替代燃料規模進行了分析。結果表明石油戰略儲備和替代燃料是保障能源安全的兩種不同手段 ,其收益主要來源於在石油供應發生中斷時 ,所避免的進口損失和 GDP損失。建立0． 5億 ~1億 t規模的替代燃料生產能力對於保障能源安全有較大的收益 ,是建立石油戰略儲備的有益補充。在進行替代燃料發展決策時 ,要充分考慮到未來油價的走勢,並做相應的損益分析。

在上述分析的基礎上 ,本書提出了廣義和狹義的煤基多聯產繫統定義。廣義多聯產定義為 :以煤氣化技術 (包括煤完全氣化、部分氣化、熱解等 )為 “龍頭 ”,從產生的合成氣來進行跨行業、跨部門的聯合生產,以同時獲得多種高附加值的化工產品和多種潔淨的二次能源 (氣體燃料、液體燃料、電力等 )的優化集成能源繫統。狹義多聯產定義為 :利用已參與化工合成後的合成氣發電的繫統 ,其特征是 : ①隻有進入化

工合成反應器參與了化工合成 ,而其中未轉換的尾氣被抽出去下遊發電

工段參與發電的那部分合成氣稱為 “聯產合成氣”。 ②在並聯繫統中 ,

隻有分流到化工合成段參與合成的那部分合成氣是聯產合成氣 ,而直接

通往發電工段燃燒發電的那部分合成氣 ,不是聯產合成氣 ,其本質是電

力分產。 ③在傳統化工生產過程中 ,如果馳放氣用於發電 ,其本質上也

是化工電力多聯產 ,隻不過因為發電量小 ,而被稱為餘能利用。

本書研究結果表明中國多聯產繫統總體上已經進入工業示範早期 ,技術日趨成熟 ,為大範圍技術推廣打下了良好的基礎。同時 ,中國液體燃料高度短缺 ,生態環境保護形勢嚴峻 ,多聯產繫統的發展具有廣闊的空間。但是中國多聯產繫統發展仍面臨缺乏主導設計、難以打破行業分割以及缺乏相關政策、法規支持等挑戰。

中國多聯產繫統的未來發展應以 “自主創新 ,重點突破發展,合理布局 ”為指導思想。自主創新就是總體上要堅持自主開發、堅持科技創新 ,發展符合國情的多聯產繫統。尤其在繫統集成上 ,要保證自主的知識產權 ,以保障多聯產技術的可持續發展。重點突破就是在多聯產繫統的關鍵技術上形成突破 ,如高效、低成本的煤氣化 (熱解 )技術、適應燃燒合成氣和富氫氣體的燃氣輪機技術、 CO 2和其他副產品的資源化利用技術、多聯產繫統的集成優化和設計技術發展就是鋻於中國多聯產繫統尚未形成主導設計 ,而中國各地的資源稟賦、環境狀況和市場情況不盡相同 ,多聯產繫統的發展還化的繫統方案和發展模式。合理布局就是多聯產的繫統應因地制宜、因時制宜 ,通過政府、行業、企業和研究機構的充分論證 ,根據實際需要和資源稟賦等在重點地區布局適宜方案和規模的多聯產繫統的示範、推廣和產業化發展。

以 “一個統領 ,兩個創新 ;突破三類技術 ,做好四個協同 ”為發展思路。一個統領即為以煤炭可持續發展為統領 ,充分利用多聯產繫統能效高、排放少、具有低成本捕捉 CO2的優勢等優點 ,將其作為中國煤炭資源高效、潔淨、低碳化利用的重要戰略方向 ,大力發展。兩個創新為依托多

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