碳排放探析

------------------------------------

德国只有35万平方公里的土地，但其煤炭的消耗量在2亿吨以上，而且近几年还呈上升趋势，其环境容量并不比中国好多少，但该国却一直被贴着“绿色环保”国家的标签，其根本原因不在于单位体积的煤炭消耗量多少，而在于你是否将煤炭清洁化利用做到了极致。

2003年，中国内地的煤炭消耗量在16亿吨左右，十年之后的2013年，这一数字变成了39.4亿吨。当前全世界1/2的煤炭是在中国的土地上燃烧的。


------------------------------------
为什么近年来南京、武汉等地雾霾越来越重？？？
高硫石油焦、煤焦油、高硫燃油
让“城市控煤治霾计划”完全失效！


在武汉城市圈新型工业化与燃煤电厂清洁化改造提质过程中大力推进高硫（初级）燃料多联产与合成气产业园循环经济低碳发展模式
武汉百湖之友清洁发展环境组织（NGO） 护湖少侠总干事

当今地球大气PM2.5与雾霾形成的最主要原因是一百五十亿吨级高硫（初级）燃料空气混合燃烧后产生的二氧化硫、氮氧化物和烟尘的无序失控排放。

在拉美、欧洲乃至中东一些国家大量购买美国出产的汽油和低硫柴油以达到各国严格的空气质量控制标准之际，曾承诺不会为追逐短期经济利益而以牺牲环境为代价的中国内地正在从美国炼油商手中越来越多地购买一种被能源行业叫做石油焦的炼油副产品。石油焦是原油经过蒸馏分离出柴油后留在炼油塔底部的固体块状物，含碳量最高能达到90%。美国、俄罗斯、中东和东欧国家的石油焦均属于高含硫焦。1999年全球石油焦产量约为4900万吨；2016年全球石油焦产量将增加到1.7亿吨，预计到2020 年将超过2亿吨大关。高硫石油焦是一种高污染产品，但在燃烧后可以为火力发电厂提供燃料，而中国就有许多这样的燃煤电厂。在燃煤中掺烧石油焦没有实质好处，虽然含碳量高，但却还含有硫和其他重金属。石油焦含硫量超过3%即称为高硫石油焦，只能用作燃料，又称燃料级石油焦（即燃料焦）。美国Koch Brothers（科赫兄弟）是高硫石油焦最主要出口商，拥有加拿大石油砂的大部分开采权，也是美国共和党中最保守的茶党（Tea Party ）的金主，该公司几乎垄断了美国石油焦的出口。加拿大石油砂的石油焦不仅高含硫，达6%，而且含重金属钒、镍等。2012年中國内地從美國進口石油焦達562萬噸，占2012年中國石油焦進口總量的52%。2010年世界石油焦消费结构为：炼钢、电解铝占46%，燃料占31%，电石占14%，原料占9%。

当前美國環保局已不再頒發新的使用石油焦作為燃料的許可，且法规不允许露天堆

放。為了保護環境和削減碳排放，201
3年1月，加拿大曼尼托巴省宣布從2014年起禁止使用煤炭和石油焦作為取暖燃料，并增加使用煤炭和石油焦作為工業燃料的排放稅。德国法规规定，高硫石油焦与高硫煤焦油不再允许空气燃烧方式，近年来大量采取西门子GSP气化方式来削减，并得到合成气与天然气。

石油焦的含碳量、含硫量、含氮量都比貧煤要高，在產生同樣能量的情況下，石油焦的二氧化硫排放是煤的6-7倍。除了碳排放之外，高硫石油焦在空气混合燃烧后排放物中還包括大量的PM10和PM2.5顆粒物以及大量重金屬和多環芳烴有機物，這些物質都是潛在的致癌物。高硫石油焦无序利用对中国东部地区“PM2.5与雾霾”形成贡献巨大。2005年中国大陆地区石油焦表观消费量860万吨，其中燃料焦120万吨，占14%。中国大陆地区近年来表观消费量在3000万吨上下。

中国内地在新型工业化及“工业倍增计划”中，稳产与新增产能，对石油焦需求巨大。中国钢铁行业2013年需求300万吨石油焦制取碳素产品，2013年电解铝2200万吨需求1500万吨石油焦，2013年工业硅产能400万吨产量150万吨需求石油焦120万吨。另外，冶炼行业需求300万吨石油焦。合成氨、燃煤发电与玻璃行业隐形消费潜力在3000万吨石油焦。油品升级，石油焦制氢按原油的1—1.2%计，6亿吨原油炼厂需求720万吨氢气，相当于2500万吨轻油，或相当于4068万吨石油焦的潜在需求。可见，如果对石油焦利用不采取限制措施，未来可能会逾越1 亿吨的潜力大关。

2012年，全球的石油焦產量達到1億噸，多數產生于北美的煉油廠（美国占61%年产量6100多万吨），其中只能作為燃料的高硫石油焦有7500万吨，大多數被仍然以煤炭為基礎能源的中國和印度消化。中國從美國進口的石油焦以高硫低灰彈丸焦為主，主要流向中國玻璃廠、電廠等作為燃料。目前美國是最大的石油焦生產國，國際市場石油焦的價格隨煤炭的價格和石油焦供求波動，大致是煤炭的75%。從價格上，目前美國的高硫石油焦價格在90-100美元之間，中國的價格在800-900元人民幣之間。中国内地許多燃煤電廠，在不改變燃燒工藝的情況下，以10%的比例摻燒石油焦，燃燒效果比單純燒煤要好。有些采用循環流化床技術的電廠，甚至可以百分之百使用石油焦。高硫石油焦做燃料用时需用分级式冲击磨来进行超威粉碎，通过JZC-1250设备制成焦粉后才能进行燃烧，目前用焦粉做燃料的主要是些玻璃厂、水煤浆厂、燃煤电厂掺烧等。

中國大气治理需要非常重視污染排放問題，而高硫石油焦、煤焦油的燃料管理失控只能讓問

題變得更糟。燃煤电厂不论是烧煤还是掺烧石油焦，使用布袋除塵后，比較
大的顆粒物都能擋住，但是PM2.5擋不住。燃煤電廠通過用石油焦掺烧方式取代部分煤炭省了很多錢，但是這是以人們的健康和全球氣候變化為代價的。进口高硫石油焦大量露天堆放（应该说也是违反环境法规的）在许多港口如日照、龙口、镇江、南京、天津、防城、南通、武汉等地，主要被用于玻璃和发电（和贫煤混烧）。与贫煤混烧的高硫石油焦，让燃煤电厂与锅炉导致PM2.5与雾霾问题越来越严重。长江经济带临港一线的玻璃企业大抵以（高硫）石油焦作为燃料。南京市2013年曾做出了不再批准任何以燃煤为动力的企业，然而五万多吨级的整船高硫石油焦经长江运抵南京卸货，违法露天堆放。燃烧高硫石油焦以及煤焦油，更由于玻璃厂的尾气排放含有大量的玻璃质黏尘，使得脱硫脱硝排放工艺无从落实，实际上烟气治理大多是摆设，会造成南京、武汉等地严重的城市雾霾。玻璃厂、燃煤电厂以石油焦作為燃料，煙氣中二氧化硫、氮氧化物的脫除是一個很大的問題，就算是加石灰脫掉了80%，剩下的還是相當于煤炭的硫含量的数倍，氮氧化物更难以去除。

国外炼厂或化工廠利用（高硫）石油焦、煤焦油气化制备合成气和氢气以及IGCC，可在解决高硫石油焦、煤焦油出路的同时，为炼厂提供廉价的氢气和电力来源。利用石油焦、煤焦油制作合成氣，不僅回收了熱量，也同時把硫提取出來。高硫焦、煤焦油做氣化原料時，硫份會轉變為硫化氫，后者在后續脫硫工段轉換為單質硫，不會排放到大氣中。从合成气中去除微量气体污染物（如硫）比从烟道气中去除污染物要容易得多，因为在合成气中，污染物在很小的容积内浓度很高，不像煤在空气中燃烧时那样被不可避免的大量氮气所稀释。同时，由于气化装置需要处理的固体废弃物只有气化炉中以炉渣形式存在的炉灰和从合成气中回收的硫单质，因此与直接燃烧系统相比，气化系统在固体废弃物处理方面也具有明显的优势。

合成气经过进一步的转化反应和气体分离， 得到氢气和二氧化碳。 二氧化碳通过直接分离， 得到高纯度的二氧化碳， 而不必在燃烧后用氮气稀释处理， 化害为利， 使温室气体二氧化碳的综合利用如再生天然气成为可能， 并可能成为未来全球温室气体二氧化碳减排的重要途径。氢气是未来氢能源的重要载体， 从而为氢经济的发展提供原料；2009年全世界纯氢产量5000万吨（中国1500万吨上下），到2020年前后将上升到1.5 亿吨以上，相当于需要8.5亿吨石油焦或

煤焦油制氢（或13亿吨原煤）。通过前述多种生产工艺的优化组合， 就形成以高硫（初级）燃料气化开发利用为主线
的循环经济低碳发展模式。

2012年中国内地产煤焦油1773万吨，全球为2707万吨，占60%。2013年煤焦油产能2360—2500万吨，碳黑产能700万吨，半焦产能1亿吨（中温煤焦油500—1000万吨）。1吨煤大约能提炼0.75--0.85吨焦炭，2013年合计生产4.76亿吨焦炭，煤焦油产量约占装炉煤的3%~4%，因此2013年大致上煤焦油收集产量在2000万吨上下（实际产能可能高达3000万吨）。由于煤制天然气的未来发展，未来煤焦油的潜在产能可能高达5000万吨。目前部分煤焦油被当作天然气的替代燃料用于玻璃行业等，含硫含氮含焦粉等，几乎肯定会造成严重的环境污染。煤焦油作为初级燃料的环境污染问题将相当于目前高硫石油焦带来的污染问题。

2013年中国（包括港澳台地区）全年煤炭消费40亿吨（其中焦炭消费5亿吨、煤焦油2000万吨），原油炼厂产能6亿吨（其中石油焦3000万吨）。随着原油、原煤的分级开发利用的推广实施，作为“下脚料”的高硫石油焦与高硫煤焦油会越来越多。

原煤燃烧后脱硫脱硝只适用于大型电厂； 但电厂大约只消耗掉一半的煤， 而大量中小锅炉和民用烧煤目前无法脱硫。大多数的低阶贫煤里面包含了水（30%左右）、挥发份（类似油，30%左右）、以及固定碳和灰。如果按照传统方法将低阶贫煤直接燃烧，里面有用的成分包括挥发份等高价值的组分烧掉都被浪费了。此外，水一般到两百多度的温度就能蒸发出来，而传统燃烧却用一千多度的高品位能量去完成，容易造成能量利用效率的巨大损失。实际上，按照石油炼制的方式，即通过常压蒸馏把石油中最容易获得的东西解压出来，通过减压蒸馏把剩余的成分再依次蒸发，这些物理过程完成以后再把重油通过加氢裂解，一点点“吃干榨尽”，直至剩下石油焦再拿到锅炉里烧或者气化炉里去气化——煤炭也能够通过煤炭分级炼制工艺得到最充分的利用。煤炭分级炼制，主要是通过分级炼制工艺将煤中的水分，在较低温度（200~350℃）下去除，而水银、硫化物在达到沸点500℃左右再去除，而煤中类似石油的高价值组分挥发份等也同样在达到一定温度时得以分离，所得到的煤焦油（挥发份的一部分）再拿到炼油厂去炼制（脱硫脱金属）。煤焦油是化学成分极为复杂的混合物，采用现代的分离、精馏等手段可以获得宝贵而稀缺的400多种化工产品，是化工、钢铁、有色冶炼、医药、农药、航空、航海等行业的重要原料。经过高值加工利用过程后，液体

产物加工成化学品和油品，气体产物用做清洁燃料如天然气、LPG、LNG等，而脱除水分后的固体产物依然是发电或者是气化的更清洁的优质原料，最终实现高水
分、高挥发分煤的全质利用。在煤分级炼制过程中，一部分能够对空气造成严重污染的硫、水银等都被离析出来，煤变得更干净了，PM2.5和其它污染物排放减低；而且还有一部分高价值的焦油（类似石油）被炼制出来，这对于石油严重依赖进口的中国而言，无疑能够缓解一定的供应压力。对于“下脚料”级的煤焦油，可以采取西门子GSP等气化技术来削减，生产合成气或天然气。

在新型工业化及“工业倍增计划”中，应推广高硫（初级）燃料多联产与合成气产业园循环经济低碳发展模式：以煤气化为核心的多联产能源系统， 以高硫贫煤、含硫渣油或高硫石油焦等高硫（初级）燃料为原料，将其气化后生产一氧化碳和氢气为主要成分的合成气(或再转化为天然气)， 并在这一过程中脱除二氧化硫等污染物； 由此获得的洁净合成气可作为原料用于热、电、气、化工的联合生产， 在用于联合循环发电( IGCC) 的同时， 还得到包括液体燃料（如LNG)在内的多种高附加值的化工产品， 如用一步法生产甲醇及其衍生物(甲醛、醋酸、醋酐等) 和合成氨及其衍生物(尿素、硫氨、硝氨、碳氨等) 、城市煤制天然气SNG以及工艺过程中的热量。

中国每年利用煤炭大量生产合成氨、天然气、甲醇、二甲醚等，缺硫且每年都要进口。在新型工业化及“工业倍增计划”中大力推进高硫（初级）燃料多联产与合成气产业园循环经济开发利用，不但可以治理PM2.5，还可以同时得到低硫清洁燃料（天然气与LNG等)、化工品和硫磺。

湖北省能源规划到2020 年煤炭消费总量为3 亿吨（但未对（高硫）石油焦、（高硫高氮）煤焦油、（高硫）燃料油等没有制定管理计划），常规的煤炭燃烧方式以及布袋除尘方式，难以治理PM2.5，难以积极抑制雾霾的发生。武汉城市圈为“两型社会示范区”（2013年煤炭使用总量在7500万吨上下），建议在武汉化工新城、洪湖新滩、麻城大别山电厂等地先行推进高硫（初级）燃料多联产与合成气产业园循环经济低碳发展模式，逐步根治PM2.5与雾霾。
------------------------------------