煤炭的低碳化转化和利用

能源是人类生存不可或缺的物质基础 , 实现国 民经济和社会的可持续发展需要巨大的能源资源作 保证。我国目 前仍处在 以第二产 业为主的 发展阶 段, 第二产业为 GDP 贡献在 50% 的同时 , 能源消耗 达到总量的近 70% 。按目前我国的产业结构, 若想 保持经济的持续增长, 必须解决能源保障问题。
2009 年第 1 期 ( 总第 52 期 )
2009 年 2 月
本刊特稿
煤炭的低碳化转化和利用
谢克昌
( 煤科学与技术教育部和山西省重点实验室 , 太原理工大学 , 山西 太原 030024)
摘 要 : 经济发展的无节制给世界气候带来了 严重的 问题 , 温室气 体的大 量排放 导致全 球灾难 性气候 屡屡出现 , 严重危害到人类的生存环境和健康安全 。 面对全球气候变化 , 急需减低或控 制温室气 体排放 。 随着 2003 年前 后出 现的 低碳经济 概念 , 以低能耗 、 低污染 、 低排放为基础的经济模式 发展经济受 到广泛关 注 。 在中国 , 面对低碳 经济 的发 展 , 同时存在着机遇和挑战 。 通过分析国家经济的产业结构和 能源消费特点 , 认为 在我国发展 低碳能源技 术势 在必行 。 由于能源消费结构和资源禀赋特点的不 同 , 各 国发展 低碳经 济的技 术和途 径也有差 异 。 作为 低碳经 济的 核心 , 低碳能源技术涵盖了从可再生能源利用 , 新能 源技术 , 化石 能源高 效洁净 利用 , 温室 气体控制 和处理 , 到 节能 等领域 。 对我国而言 , 发展低碳经济和低碳能源技术的实 质是 : 可再生能源 的开发和 化石能源的 洁净 、 高效利用 , 特 别是 以煤为主的能源结构和以重化工业为主的产业结构的现状 , 决定了我国目前发展低碳能源技术重点在于煤炭的 洁净高效转化利用和节能减排技术 , 并认为 , 在我国实现低碳的现实之路是发展多元化的能源战略 , 从化石能源向低碳 能源的过渡应坚持能源资源来源 、 生产技术和终端利用的多元化 , பைடு நூலகம்重能源结构和产业结构的调整 。 关键词 : 能源 ; 可持续发展 ; 煤化工 ; 低碳 中图分类号 : T Q 53 文献标识码 : A 文章编号 : 1674 - 3997 - ( 2009) 01 - 0001 - 03
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能源的生产和消费
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件的频率和强度出现了明显变化, 华北和东北地区干 旱趋重, 长江中下游地区和东南地区洪涝加重。
2007 年我国一次能源生产总量 23. 7 10 t 标 8 准煤, 比 2006 年增长 7. 0% , 其中原煤 25. 36 10 t, 8 8 3 原油 1. 87 10 t, 天然气 693. 1 10 m 。能源消费 8 总量 26. 5 10 t 标准煤, 比 2006 年增长 7. 8% 。但 是, 截至 2006 年底, 我国石油剩余可采储量分别仅 为 20. 43 108 t 和 2. 45 108 m 3 , 严 重不 足 [ 1] 。 2006 年石油进口就达 1. 81 108 t, 对外依赖度超过 40% , 严重威胁我国能源安全 , 尤其以石油为原料的 车用燃料 , 其短缺的威胁首当其冲。 煤炭是我国的主要能源 , 占已探明的化石能源 总资源的 94. 3% , 占一次能源生产 量的 76% , 占一 次能源消费量的 70% 。中国能源赋存特点决定了能 源消费结构以煤为主。在已探明的化石能源可采储 量中 , 世界石油、 煤炭和天然气的结构关系为 20% 、 60% 和 20% , 中国为 5% 、 91% 和 4% , 石油和天然气 比世界平均水平明显偏少。煤占一次能源消费的比 重长期在 70% 左右波动 , 且在可预见的未来仍将以 煤为主 , 大规模地用可再生能源替代化石能源为期 甚远, 即便到 2020 年 , 可再生能源消费的比例达到 15% , 煤炭的消费比例依然高达 60% 以上 , 这一自然 属性不以人的意志为转移 [ 2] 。 煤炭在利用过程中, 带来严重的环境污染问题。 燃煤是造成我国大气污染的主要原因。据统计, 全 国 SO2 排放量的 90% 、 烟尘排放量的 70% 、 NO x 的 67% 、 CO 2 的 70% 都来自于燃煤。 十五 期间, 我国 火电行业煤炭消费量增加了 5 108 t, 但脱硫机组装 机容量的比例只由 2% 增加到 12 % 。在 2006 年, 全 国 SO 2 排放总量达 2 588. 8 108 t, 超过环境容量近 一倍, 其中电力行业排放的 SO2 约占 50% 以上。另 外, 煤炭在大量开采过程中, 带来一系列环境和生态 问题。按目 前水平 , 生产 100 108 t 原煤, 要动用 250 108 t 煤炭储量, 损耗 248 108 t 水资源 , 产生 20 108 t 矸石 , 死亡约 1. 5 人。 我国的石油消费正处于快 速增长期, 而石油产 量的增长却相对缓慢。即使在较为严格控制下 , 预 8 计 2020 年石油总消耗量不小于 4. 5 10 t, 国内可生 产 1. 8 108 t, 对外依存度将达 60% ; 2050 年石油总消 8 耗量将达 8 10 t , 对外依存度高达 70% ~ 80% 。 此外, 化石能源 ( 煤炭, 石油和天然气 ) 的消耗 , 排放了大量的 CO 2 、 CH 4 、 NO 等温室气体, 对气候和 环境造成了明显变化 。表现在: a) 温室气体排放 总量达到 60 108 t CO2 ; b) 近百年来 , 我国年平均气 温升高了 0. 5 ~ 0. 8 ; c) 从 1986 年到 2005 年 , 我国连续出现了 20 个全国性暖冬; d) 全国年平均降 水量平均每 10 年减少 2. 9 mm; e) 极端天气与气候事 2
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化石能源的低碳化转化
化石能源的大量消耗, 是 CO2 为主的温室气体 增多的主要原因 , 也是全 球气候变化的 主要诱因。 低碳 倡导节能降耗、 提高能效及清洁能源的开发 和利用, 是降低 CO2 为主的温室气体排放的重要技 术措施。 2003 年前后 , 国外学者提出 低碳经济 , 认 为今后应该以低能耗、 低污染、 低排放为基础的经济 模式发展经济。由此, 低碳经济成为国际热点。在中 国面对低碳经济的发展同样存在着机遇和挑战。 2. 1 低碳经济与低碳能源技术 低碳经济是以低能耗、 低污染、 低排放为基础的 经济模式 , 是人类社会继农业文明、 工业文明之后的 又一次重大进步。低碳经济实质是低碳能源和化石 能源的洁净、 高效利用。实现低碳经济的有效方式 是能源和资源的循环利用 , 关键环节是能源利用过 程的绿色生产 ; 根本方向是实现可持续发展。因此 , 正处于以高能耗, 低效率 , 重污染为特征的重化工业 发展阶段和以煤为主要一次能源的中国经济 , 低碳 化 势在必行。 2. 2 化石能源转化的低碳化 煤、 石油和天然气本身并非污染源 , 只是由于不 合理利用和利用技术的落后 , 才使得我国这个以煤 为主要能源的 国家环境 污染严 重。煤炭对 中国而 言, 无疑是两难选择。一方面是能源的主要提供者 , 一方面是大气污染的主要污染源。其实, 煤炭是可 以清洁 利用 的能 源。 采用 选煤 技 术, 可脱 除 煤中 50% ~ 80% 的灰分, 30% ~ 40% 的硫分。提高能效 , 可以减少资源的使用 , 目前一次能源转换到有用能 源的效率约 1/ 3, 即 2/ 3 的能源在转换过程中损失。 采纳 新的政策 , 鼓励以更清 洁、 更高效 的方式提供 能源服务 , 是解决当前发展问题的一个先决条件。 2. 3 低碳能源技术发展现状和趋势 低碳经济的核心是能源技术创新、 制度创新和 人类生存发展观念的根本性转变。低碳技术涉及电 力、 交通、 建筑、 冶金、 化工、 石化等部门以及在可再 生能源及新能源、 煤的清洁高效利用、 油气资源和煤 层气的勘探开发、 CO2 捕获与埋存等领域开发, 实现 有效控制温室气体排放和节能。 可再生能源包括风能, 水能 , 太阳能, 生物质能 等。从理论上讲这些可再生能源和核能的利用过程 是零碳排放。虽然在生产、 加工过程中也有少量的 碳排放, 但与化石能源相比, 能源转化利用过程中碳 强度系数要小很多。 而化石能源洁净的高效化、 低碳化利用是当前
Coal conversion and use by low carbon way
XIE Ke -chang
( Key Laboratory of Coal Science and Technology, Mini stry of Education, P. R. C, Taiyuan Uni versi ty of Technology, Shanxi Tai yuan 030024, China) Abstract: M ankind s behaviors of immoderately use the energy resources and high - speed economic development have lead ser ious problems, and in the mean time the huge quantity pollutant w hich is exhausted fr om the fuel s consumption lead mor e environmental pollution. All of these hav e severely endangered the public health. Facing the harmful effects bring by t he global climate change, should plan to reduce and contr ol the emission of green house gases from t he energ y consump tion. Since 2003, low carbon economic hav e be put forw ar d, sugg est that the economic should follow ed the way t hat low ener gy consumption, low pollution and lo w emission to develop. T herefo re, low carbon becomes the new focus o f t he w orld. In China, facing the dev elopment o f low carbon eco nomy, there are many opportunity and challenge. In this paper, t he characteristics of the Chinese industr ial st ructure and the ener gy consumption are analyzed first; the necessary to dev elop t he low carbon energy technolog y is discussed. But, base on the features of Chinese energ y supply and r esources, Chinese low car bon way maybe different w ith other developed countr y. T o dev elop the low carbon ener gy technology is t he key to t he development o f lo w carbon economy , and the low carbon technolog ies are w idely involv ing renew able energ y, new ener g y, high - efficiency utilization of fossil energy , control and dispose the gr eenhouse gas, and ener gy saving technolog y. In China, the actually ro ad for the low carbon energ y development is insist on the diversification of energ y resources from t he processes o f ener gy supply, energ y pro duction and ener gy end - use, pay attention to the adjustment of the structures of t he both t he industrial and energy consumption. Key words: energ y; sustainable development; clean coal t echnolog y; low carbon 收稿日期 : 2008 - 10 - 29 基金 项 目 : 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 ( 973 ) 项 目 ( 2005CB221202) 作者简介 : 谢克昌 , 1946 年生 , 男 , 山西五台人 , 1999 年获日本 信州大学工学 博士 学 位 、 中国 工 程院 院 士、 太 原理 工大 学教 授、 校长 、 973 项目 气化煤气与热解煤气共 制合成气的多联产 应用的基础研究 首席科学家 。长期从事煤化工的基础研究与 技术开发工作。 在国内外重要 期刊及会议 上发表论 文 400 余 篇, 专著 3 部 , 曾获国家科技进步二等奖及其他省部级奖多项 。