煤制气与煤电孰优孰劣?
根据我国国情,天然气、电力消费需求均具有不可替代性。煤炭燃烧发电是煤炭最主要的利用方式,占比约55%。近年来,以煤制天然气为热点之一的煤化工产业成为新的投资风潮。煤制天然气简称煤制气,即以原煤为原料,通过煤气化、净化和甲烷化等工艺,生产热值符合一定标准的代用天然气的过程。我国化石资源禀赋决定了经济发展离不开煤炭,在评估分析并解决现有示范项目存在问题的基础上,将环境资源作为主导因素,科学规划布局,集中、有序、适度发展煤制气,有利于提高褐煤等低变质煤的利用效率。
近年来,以煤为原料生产电力和天然气的环保利弊,一直是业界争论的焦点。通过对煤制气和燃煤发电在生产、输送和使用等环节的环保对比,笔者有以下基本认识:
一是煤制气和煤电发展均面临资源环境约束。项目跟着煤走,是我国煤制气产业布局的突出特点。但是,我国煤、水资源呈逆向分布,内蒙古、新疆等煤炭资源丰富的西部地区,往往缺少足够的纳污水体,水环境容量极低。近些年,随着西部地区经济社会发展和国家大型煤电基地建设,煤电项目也呈现从东部向西部扩张的趋势。大量煤制气及煤电项目分布于西部干旱、半干旱地区,加剧了这些地方水资源紧缺的局面,并有可能引发一系列区域性生态环境问题和社会问题。
二是煤制气在资源利用方面具有一定优势。我国储量较大的褐煤等低变质煤种,气化反应性高、黏结性弱、燃烧效率较低,将其用于煤制气,可以有效利用资源。近期,褐煤制油示范项目的运行,有利于褐煤更好地发挥其资源价值。煤制气吨标煤耗水约3吨,低于湿冷技术的煤电。后者吨标煤耗水约6.6吨,但采用空冷技术的燃煤电厂,其节水率可达70%以上。此外,煤制气的能量转化效率高于燃煤发电,但产品天然气再用于发电的综合能源转化率低,不具合理性。
三是煤制气在大气污染物排放方面优势明显。煤制气采用还原条件下的纯氧气化,二氧化硫、氮氧化物、烟尘和重金属排放量很低,可有效回收硫磺资源,避免二次污染,且容易捕集封存高浓度的二氧化碳。目前,燃煤发电机组末端已有三级至四级的烟气处理设施,成为燃煤电厂能耗的主要来源。今后,如果相关政策进一步增加对脱碳、脱汞的要求,燃煤电厂的环保设施投入和能耗水平也将进一步提高。如不提前研判,有可能对煤电产业发展造成难以逆转的影响。
四是废水处置成为煤制气发展面临的主要环境瓶颈,西部煤电发展也将面临类似问题。采用碎煤加压固定床气化技术的煤制气项目,废水成分复杂,处置难度非常高,是国际煤化工行业普遍面临的难题。此外,国内一些企业和地方为推动煤制气项目上马,提出所谓的废水“零排放”方案。但实际上,大部分已投运的项目都存在不同程度上的环境问题,至今仍难以实现长周期稳定的废水“零排放”。燃煤电厂大部分生产废水处理难度相对较小,绝大多数电厂将含盐水以清净下水名义外排,未纳入污水监管。在美国部分水环境条件苛刻的地区,要求实现燃煤电厂的废水“零排放”,其高盐废水处理技术与煤化工十分类似。
五是煤制气与燃煤发电均存在固体废物环境制约问题。煤制气产生的气化灰渣等,煤电产生的锅炉底渣、粉煤灰、脱硫石膏(或硫酸铵)等大宗固体废物,在露天堆放时,除占用土地外,还容易引发扬尘、污染地下水等环境风险。蒸发塘盐泥为杂盐,综合利用价值不大,处置不当易引起二次污染并复溶于雨水。