清洁煤

随着煤价的持续飙升，研究人员加快了对清洁能源的研究步伐，努力寻找将黑色的脏能源――煤转化为绿色清洁燃料的方法。要实现煤炭向绿色能源的转化，研究人员还需要解决零碳排放技术问题，这是清洁煤的一个长期目标。2019年河北省唐山市在一个多月的时间里也连续出现6位村民因一氧化碳中毒身亡事件。

基本介绍

煤转化电能

燃煤产生的二氧化碳是一种重要的温室气体，被认为是气候变暖的罪魁祸首。研究人员正在探索解决的方法——就是要将煤转化电能，实现二氧化碳零排放。

然而如何要实现这一目标需要解决许多技术问题。需要将煤炭中的硫、铁、石英、硅以及其它一些物质分离出来。近年来，研究人员在这方面取得了很多进展。例如，现在技术能够将将燃煤排放物脱硫98%，这已经不是什么困难，问题是即使提取出这些矿物质，燃煤仍然会产生大量的二氧化碳。

零碳排放技术

煤炭的零碳排放技术又称为碳捕获技术，现在已经有很多研究正在进行，以更好地完善这一技术。为了减少碳的排放，很重要的方法就是捕获碳，然后将其深埋入地下，而不是排放到大气中。2006年3月，丹麦的埃斯比约（Esbjerg）建成了世界上第一家碳捕获（carbon capture）实验工厂。这一工厂的主要目标是帮助欧盟排少10%的二氧化碳，其中30%是减少传统电厂的排放。该厂的研究人员努力研发新的溶剂，以便更好的捕获碳，将其转化为固体形式。国际能源机构温室气体项目经理哈丽﹒奥杜斯（Harry Audus）说：“这种做法主要是让二氧化碳通过一种液体溶剂，然后将其压缩，注入地下。这一研究能够帮助提高二氧化碳的捕获率。”他还说，该厂研制的新溶剂和碳捕获技术成本会更低。现在每立法米二氧化碳的碳汇成本是50－60欧元，而该项目有望将成本低到20－30欧元。

清洁煤技术

在美国，布什总统最近也宣布了一揽子总投资为20亿美元的清洁煤技术研发项目。“绿色未来”就是其中之一。该项目计划总投入为10亿美元，由政府和企业共同合作完成，目标是建成世界上最大的零排放化石燃料工厂。这一计划将在未来3年内完成。

在所有的碳捕获技术中包括一项煤的气化技术。该技术利用蒸气和氧气把煤转化为一种合成气体，其主要成份是氢。然后利用合成气体发电。这种气体的发热量高，而且比煤更清洁，是一种更为高效的能源。它排放的二氧化碳浓度也比直接燃煤产生的二氧化碳高，因此比较容易捕获。收集的二氧化碳将被注下深层地下盐池或是不能开采的煤层隙缝中，还可以直接泵到油气田的底层，利用压力提升油气水平。因此，这一工程得到了很多支持，被认为是一种可以清洁利用煤的很好方法。

然而，“绿色未来”项目真正能够实际运用尚需时日。这期间由于煤的价格低，而且比油、天然气的存储量大，煤的开采和使用量在变绿之前还会大幅上升。据世界能源组织预测，到2020年，全世界煤的使用量还将上升43%。而石油和天然气预计40年和60年后将开采殆尽，在这一背景下，清洁煤技术的研发就显得更有意义。

清洁煤技术：藏在深闺人不识

2005年2月，旨在限定全球温室气体排量的《京都议定书》正式生效，该条约的签署国已经达到140个。尽管美国是温室气体排放量最大的国家，但它提出将“按照自己的方式解决排放限制问题”，拒绝加入该条约。

2003年2月，美国政府宣布将实施一项名为“未来发电”的计划。该计划由美国能源部、私人投资者和国际组织共同投资10亿美元，在5年内完成设计和建造一座煤基零排放电-氢发电厂。这种发电厂的温室气体排放量可以达到“零排放”的水平，即使是排放出了二氧化碳气体，也可以通过技术手段将其“存储”于地下。

显然，这是一项面向未来的重要计划。然而，科学家指出：利用现有的技术能否解决当务之急呢？答案是肯定的。

今年，美国最大的燃煤电力公司（AEP）已经选好厂址，计划建造一座新型超净洁发电厂，即集成气化综合循环（IGCC）发电厂。人们往往把IGCC看作是“新技术”，但其实它是由两种著名的现有实用技术集合而成，而这两种技术都可以用来实现“未来发电”计划的最终目标。

第一种煤炭气化技术。在严格控制温度和压力的条件下部分燃烧煤，使其变为主要是由一氧化碳和氢气组成的浓缩合成气体，其中的杂质如二氧化硫等都很容易被除去。第二种技术是“循环”，这种技术已经在天然气发电厂得到普遍采用，涡轮的驱动力来自于天然气流和废热所产生的气流。最为重要的是，相比之下，从气流中捕获二氧化碳比从传统发电厂的烟囱中捕获二氧化碳要容易实现得多。

IGCC发电技术比当今普遍采用的燃煤发电技术先进很多。APE电力部门执行副董事长罗伯特·鲍威尔斯说：“我们已经对这种技术进行了深入的研究。人类从上世纪初已经开始使用煤炭气化技术，这种技术在石油化学工业和石油冶炼工业已经使用了很多年。此外，我们现在就拥有自己的循环燃烧发电厂。因此，上述两种技术都是成熟的和先进的。”

除了APE之外，美国国内和其他国家的大型能源公司对煤炭液化技术也十分重视。美国宾西法尼亚州的一个工业财团正计划建造一个工厂，从南非能源业巨人——萨索尔集团引进煤炭液化技术，工厂的设计产量为每天生产5000桶煤炭液化油。皮博迪能源公司也正在计划在伊利诺斯州建一个工厂，利用煤来生产天然气。在美国之外，一些能源公司正在计划建造“纯氧燃烧”工厂，主要使用纯净氧气来燃烧煤，以更易于捕获浓缩的二氧化碳。

APE预计，拟建的IGCC发电厂总投资将比传统发电厂高15%—20%。但是，一旦联邦政府颁布实施限制二氧化碳排量的有关措施，这些投资就可以很快回收。由于发电厂一般都位于开阔地带，有足够的空间可以存储发电厂排放出来的二氧化碳，而在这种背景下就可以将这些存储的二氧化碳销售给其他公司，以赚取利润。据估算，IGCC发电厂的收益将比传统的发电厂高出50%，前者的效率也高于后者，在形成一定规模时其成本还将会进一步下降，同时，随着设计水平和所用材料的改进其效率也将会进一步提高。此外，由于捕获得的二氧化碳可以被注入油田以提高石油产量，其废弃物的市场前景也将逐步看好。

显然，IGCC是一种成熟技术，所能带来的益处也是显著的，并且可以降低二氧化碳的排放。那么，为什么这种先进的技术不能够被广泛地采用呢？

霍华德·赫尔州戈是麻省理工学院的化工专家，他负责管理一个被称为“碳捕获专项行动”的工业财团。赫尔州戈认为：“技术本身并不是一个限制性因素，关键的因素是经济方面的激励”，“从技术的角度来看，我们可以很快实现这一目标。但如果政府不采取鼓励性政策，在这方面将不会有太大的作为。”

捕获碳的最终“命运”：不同的选择方案

清洁煤技术关键的步骤是捕获煤燃烧后释放的二氧化碳。唯如此，才有可能阻止温室气体的排放。而妥善处理或利用那些捕获的二氧化碳，则成为科学家、世界各大能源公司孜孜不倦地探索的另一个技术课题。

将二氧化碳注入地表之下已成为当今增加石油开采量的一种常用方法，但其主要目的并不是永久性地储藏二氧化碳。因此，亟待解决的一个关键问题是：我们能否把二氧化碳安全地存储在我们想存放的任何地方？

科学家认为，最安全的办法是将捕获的二氧化碳永久地存储于地表之下的某一个地方。主要方案是将二氧化碳“注入”到地表之下并对其进行矿物化后再埋藏。这种方式的潜在威胁是，一旦这些二氧化碳最终通过其他途径被排放到大气层中，将会导致全球变暖进一步加剧。

另一个问题是，如果在努力降低二氧化碳排放量的同时，人类依然增加化石燃料的消费量，那么减排的任务将会异常艰巨：这是因为对二氧化碳液化后再存储的庞大投入，要相当于人类开采原始化石燃料的投入！

美国地质学家最近的一项研究成果，给人们提出了这方面的警示。50年前，为了增加石油产量，德克萨斯州一个古油井曾被注满二氧化碳，并用水泥加固管道。不久前，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室地质学家乔治·古斯瑞获得了其中一块加固水泥，发现其中的一部分已经出现了斑点，科学家推断这是由50年前存储的二氧化碳和地下水混合后形成的碳酸腐蚀所致。这一结果提醒人们，海底存储的二氧化碳可能会对起加固作用的水泥产生腐蚀，利用这种方法存储的二氧化碳最终仍然有可能会被释放到大气层中。果真如此，削减二氧化碳排量所带来的暂时性好处将会消失殆尽。

然而，多数人依然对这种方法保持谨慎的乐观态度，认为人类已基本掌握了正确处理这一问题的大部分技术。截至目前，采用这种存储方法，挪威国家石油公司和达科他煤气化厂都已分别存储了2000万吨二氧化碳；阿尔及利亚的一个天然气田也存储了1700万吨二氧化碳；荷兰的一个项目则存储了800万吨二氧化碳。

联合国政府间气候变迁专家小组估计，采用适当的技术可以将所存储二氧化碳总量的99%保留100年以上，随着技术的进步，这一年限有可能增加到1000年。

除了对二氧化碳捕获后进行存储、出售给石油公司，用以增加石油产量之外，另外一种方案是利用二氧化碳生产甲醇，它是比氢气更实用的燃料。

目前，人类已经吹响了向“氢能经济”迈进的号角。但在这个过程中，除了氢气生产之外，氢气的输送和储藏都需要全新的设施，并且燃料电池技术也必须有实质性的进展。相比之下，“甲醇经济”则相对容易实现。因为利用二氧化碳和氢气生产的甲醇是一种液态能源形式，可以使用目前的设施来输送甲醇，并且甲醇经过改进后就可以作为汽车燃烧使用。

美国南加州大学洛克尔碳氢研究所所长、诺贝尔化学奖获得者乔治·奥拉赫教授是“甲醇经济”的积极倡导者，他对此充满信心。他说：“从以碳为基础的经济向‘氢能经济’过渡是一种美好的设想，但真正实现这一目标并不容易，而我们拥有大量可以循环利用的二氧化碳。”

中国煤化工发展

2008年中国的煤化工产业继续有序发展，煤化工产业发展政策逐步完善，煤基甲醇和煤基二甲醚的试点应用取得可喜进展，产能得到进一步释放，新型煤化工产品逐渐走向市场，并被市场接受。随着金融危机影响的加剧，中国煤化工产业面临成本压力，行业发展趋缓。由于国家政策总体上仍支持煤化工发展，节能减排已是大势所趋，故中国煤化工产业虽短期受困但前景仍十分可观。

新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它与能源、化工技术结合，可形成煤炭——能源化工一体化的新兴产业。煤炭能源化工产业将在中国能源的可持续利用中扮演重要的角色，是今后20年的重要发展方向，这对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。可以说，煤化工行业在中国面临着新的市场需求和发展机遇^[1]

事件信息

2019年河北省唐山市在一个多月的时间里也连续出现6位村民因一氧化碳中毒身亡事件。还有数十人因为同样的原因被送往医院抢救、治疗。多位死者家属介绍，死者生前都使用了当地政府推广的“清洁煤”来取暖，并且在使用不久后就中毒身亡。当地村委会告知村民，出于环保的考虑，按照当地上级政府的部署和要求，不再允许村民使用散煤取暖，而是统一使用当地政府推广的“清洁煤”取暖。^[2]

清洁煤利用技术

清洁煤利用技术主要包括两个方面：

一是煤直接清洁利用技术。这是在直接燃烧情况下，通过采用相应的技术措施，实现煤的洁净利用，如：

①燃烧前的净化加工技术，主要是煤炭洗选、型煤加工和水煤浆制备技术。

②燃烧中的清洁燃烧技术，主要是循环流化床燃烧技术和先进煤粉燃烧技术。

③燃烧后的烟气净化处理技术，主要是消除烟尘和烟气脱硫、脱氮、脱汞等技术。

二是煤转化为洁净燃料技术。主要是煤的气化、液化技术以及煤气化联合循环发电技术。煤的气化包括固定床气化，典型的是lurgi气化炉；流化床气化，典型的是U-gas、灰融聚和恩德炉；气流床气化，典型的是德士古(GE)水煤浆气化、壳牌干粉气化。大规模煤气化的主流技术气流床气化，是纯氧、高温、加压气化，成为包括煤制清洁燃料在内的煤化工的技术龙头。煤的液化包括直接液化和间接液化。间接液化是利用煤气化产生的合成气通过费托合成生产液体燃料甚至其他化工产品。近年来出现的煤制天然气，由于甲烷的目标产品的需要，固定床lurgi气化更具优势。

清洁煤技术是当前国际上解决燃煤环境问题的主导技术之一，也是高技术国际竞争的重要领域之一。多年来，我国围绕提高煤炭开发利用效率、减轻对环境污染进行了大量的研究开发和推广工作，取得了举世瞩目的成就，跻身于国际前列。随着国家宏观发展战略的转变，清洁煤利用技术作为可持续发展和实现两个根本转变的战略措施之一，得到了中央政府的大力支持。

参考资料

[1] 清洁煤电具有明显综合优势[引用日期2019-01-04]

[2] 河北多地发生“清洁煤”中毒死亡事件，厂商称系个人使用不当[引用日期2019-12-04]