整理撰稿人：中科院國(guó)家科學(xué)圖書館武漢分館先進(jìn)能源團(tuán)隊(duì)

張軍（E-mail:zhangjun@mail.whlib.ac.cn）、李桂菊、陳偉

審稿專家：中科院廣州能源所陳勇研究員

1 煤炭利用的未來(lái)

在傳統(tǒng)化石能源中，煤炭占全世界能源需求總量的30%和發(fā)電量的40%。我國(guó)唯一具有儲(chǔ)量?jī)?yōu)勢(shì)的品種是煤炭，在一次能源結(jié)構(gòu)中占70%左右。從目前到可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，煤炭仍然是世界和中國(guó)的主要能源。然而一方面煤炭直接燃燒技術(shù)能效較低，只有40%左右，資源利用率低下，而且煤炭的開(kāi)采、燃燒過(guò)程產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染和CO2排放，對(duì)人類健康、生態(tài)環(huán)境和地球氣候帶來(lái)了嚴(yán)重危害；另一方面揮發(fā)分含量高、含水高、含氧多、易自燃、熱值低的低階煤在我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量及產(chǎn)量中占了很高比例，為46%，其中褐煤為13%，低變質(zhì)煙煤為33%[1]。因此，煤炭的高效潔凈轉(zhuǎn)化利用是我國(guó)以煤為主的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)下解決資源和環(huán)境問(wèn)題的必然選擇。

我國(guó)需要推進(jìn)包括煤炭開(kāi)采、洗選、氣化、合成與精制、凈化與分離、燃燒與發(fā)電、排放物控制等清潔煤技術(shù)的研發(fā)，通過(guò)煤炭熱解制油氣高值化利用配套技術(shù)、低階煤分級(jí)液化化學(xué)品核心技術(shù)以及大規(guī)模先進(jìn)煤氣化工業(yè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的梯級(jí)利用，逐步形成煤聯(lián)產(chǎn)電力、液體燃料、化學(xué)品、供熱、合成氣等規(guī)模產(chǎn)業(yè)。大幅提高能源利用效率和環(huán)境質(zhì)量，大幅降低煤耗、水耗和CO2排放，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，保障國(guó)家能源安全。

2 全球煤炭清潔高效利用進(jìn)展

20 世紀(jì)末開(kāi)始，世界上許多國(guó)家都提出了潔凈煤技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，推動(dòng)了煤燃燒技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)和商業(yè)示范應(yīng)用。美國(guó)從1985年開(kāi)始先后部署了5輪“潔凈煤發(fā)展計(jì)劃（CCT）”[2]，2001年啟動(dòng)了700℃超超臨界機(jī)組研究項(xiàng)目，2003年提出“未來(lái)發(fā)電”項(xiàng)目（FutureGen），2005年以后加強(qiáng)了創(chuàng)新性潔凈煤技術(shù)的研發(fā)與示范，包括加快燃煤電廠碳捕集與封存技術(shù)的應(yīng)用以及發(fā)展IGFC-CC等新技術(shù)[3]。

歐洲20世紀(jì)80年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)采用奧氏體鋼的超超臨界機(jī)組，并在AD700計(jì)劃（1998—2014年）支持下建成700℃超超臨界示范電廠。2004年，歐盟在其“第六框架計(jì)劃（FP6）”中啟動(dòng)“氫電聯(lián)產(chǎn)”計(jì)劃（Hypogen），目標(biāo)是開(kāi)發(fā)以煤氣化為基礎(chǔ)的發(fā)電、制氫以及CO2捕獲與封存的400MW級(jí)IGCC示范電廠[4，5]。

日本潔凈燃煤發(fā)電技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)是超超臨界、IGCC、IGFC以及CO2捕集與封存技術(shù)，推出了700℃超超臨界發(fā)電技術(shù)和裝備的9年發(fā)展計(jì)劃“先進(jìn)超超臨界壓力發(fā)電（A-USC）項(xiàng)目”（2008—2016年），明確在2015年達(dá)到35MPa/700℃/720℃以及2020年實(shí)現(xiàn)750℃/700℃超超臨界產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)目標(biāo)[6，7]。

澳大利亞2004年啟動(dòng)“COAL21”計(jì)劃，將基于煤氣化的發(fā)電、制氫、合成氣生產(chǎn)及CO2分離和處理系統(tǒng)作為未來(lái)近零排放的發(fā)展方向[8]。

加拿大制定的《2020年潔凈煤技術(shù)路線圖》確定了上游選煤、燃燒、富氧燃燒、氣化和化學(xué)合成4個(gè)研發(fā)重點(diǎn)和實(shí)施目標(biāo)，并通過(guò)“ZECA”計(jì)劃開(kāi)發(fā)先進(jìn)的煤制氫和CO2捕集分離和封存技術(shù)[9]。

目前，在世界范圍內(nèi)，超超臨界機(jī)組向更高參數(shù)（35MPa，700℃）方向發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)向更高初溫（1500℃）發(fā)展；以煤氣化為基礎(chǔ)的IGCC和多聯(lián)產(chǎn)以及煤氣化-燃料電池-燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)等高效、清潔的發(fā)電技術(shù)得到快速發(fā)展。在加工與轉(zhuǎn)化方面，煤氣化技術(shù)朝著大型化、高適應(yīng)性、低污染、易凈化方向發(fā)展。在環(huán)保和減排方面，除塵、脫硫、脫硝和CO2捕集、利用與封存技術(shù)向多元化、集成化方向發(fā)展。

3 中國(guó)煤炭清潔高效利用進(jìn)展

我國(guó)把潔凈煤技術(shù)作為調(diào)整煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高煤炭及其加工產(chǎn)品價(jià)值，改善環(huán)境，實(shí)現(xiàn)能源工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略對(duì)策?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》將煤炭的清潔高效綜合利用確定為能源重點(diǎn)領(lǐng)域的優(yōu)先發(fā)展主題，提出“煤的清潔高效開(kāi)發(fā)利用、液化及多聯(lián)產(chǎn)”、“重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)高參數(shù)超超臨界機(jī)組，超臨界大型循環(huán)流化床等高效發(fā)電技術(shù)與裝備，……，燃煤污染物綜合控制和利用的技術(shù)與裝備等”。《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》中也明確指出“推進(jìn)能源多元清潔發(fā)展，發(fā)展清潔高效、大容量燃煤機(jī)組”、“控制溫室氣體排放，推進(jìn)火電等行業(yè)二氧化硫和氮氧化物治理”。

我國(guó)能源科技“十二五”規(guī)劃提出：研發(fā)適用于我國(guó)煤種的大型先進(jìn)氣化技術(shù)，突破8.7MPa高壓大型水煤漿氣化技術(shù)、4.0MPa大型干粉煤氣化技術(shù)（廢鍋或激冷式）、高壓干粉煤氣化技術(shù)（6.5MPa）、4.0MPa以上固定床加壓氣化技術(shù)、固定床熔渣氣化技術(shù)及加壓流化床氣化等關(guān)鍵技術(shù)；研發(fā)大型高效合成與精制技術(shù)，掌握高溫費(fèi)托合成、低溫費(fèi)托合成、煤直接液化、甲烷化、大型甲醇合成、大型氨合成、甲醇制乙烯和丙烯、合成氣制乙二醇技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)裝備；突破高效氣體凈化和分離技術(shù)，掌握年產(chǎn)醇（氨）百萬(wàn)噸以上的大型低溫甲醇洗技術(shù)。

目前，我國(guó)600℃超超臨界機(jī)組數(shù)已居世界首位，機(jī)組發(fā)電效率超過(guò)45%。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1000MW級(jí)直接空冷機(jī)組已投入運(yùn)行；300MW級(jí)亞臨界參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐（CFB）已大批投入商業(yè)運(yùn)行，600MW級(jí)超臨界CFB正在開(kāi)發(fā)建設(shè)。用于分布式熱電冷聯(lián)產(chǎn)的100kW和MW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵技術(shù)已取得重大研究成果；具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)氣化技術(shù)的250MW級(jí)IGCC機(jī)組開(kāi)始建設(shè)示范項(xiàng)目；燃煤煙氣捕集12萬(wàn)噸/年CO2示范裝置已投入運(yùn)行。

中科院是我國(guó)煤炭利用及轉(zhuǎn)化技術(shù)的領(lǐng)軍機(jī)構(gòu)。中科院過(guò)程工程所開(kāi)展了煤炭熱解拔頭聯(lián)產(chǎn)煤焦油、熱解氣與熱電的研究，在河北建立了10噸/小時(shí)的工業(yè)中試平臺(tái)，在新疆建立了萬(wàn)噸級(jí)褐煤提質(zhì)技術(shù)示范；山西煤炭化學(xué)所在流化床灰熔聚工業(yè)應(yīng)用、FT合成、混合醇合成等方面形成了技術(shù)示范能力；工程熱物理所是我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的主要提供單位，同時(shí)是我國(guó)研發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)展IGCC的重點(diǎn)研究單位；大連化學(xué)物理所在催化劑開(kāi)發(fā)與催化工藝的研究方面形成了世界領(lǐng)先的許多成果。多個(gè)研究所在CO2捕集、封存及利用方面形成大量積累。

4 未來(lái)發(fā)展目標(biāo)

根據(jù)《中國(guó)至2050年能源科技發(fā)展路線圖》，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)大多數(shù)潔凈煤利用技術(shù)將進(jìn)入規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用階段，基于先進(jìn)燃燒技術(shù)的高效發(fā)電技術(shù)趨于成熟，CO2捕集和封存技術(shù)成熟并逐步走向規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用。

至2035年，我國(guó)所有煤炭的潔凈和高附加值利用技術(shù)進(jìn)入規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用，大型氣化劑綠色轉(zhuǎn)化技術(shù)貢獻(xiàn)率占到煤炭資源應(yīng)用技術(shù)的50%以上，新型煤燃燒和發(fā)電技術(shù)的貢獻(xiàn)率占煤炭發(fā)電應(yīng)用技術(shù)的80%以上。煤的使用增速不斷降低直至向不增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng)轉(zhuǎn)變。

1 Survey of Energy Resources 2010.http://www.worldenergy.org/publications/3040.asp.

2 美國(guó)潔凈煤發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀.http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=6703.

3 李桂菊.美國(guó)未來(lái)零排放燃煤發(fā)電項(xiàng)目最新進(jìn)展.中外能源，2009，14（5）：96-99.

4 國(guó)家能源局能源節(jié)約和科技裝備司.700℃超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組發(fā)展情況概述（二）.2010-11-01.http://www.chinaequip.gov.cn/2010-11/01/c_13585438.htm.

5 國(guó)家能源局能源節(jié)約和科技裝備司.700℃超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組發(fā)展情況概述（三）.2010-11-03.http://www.chinaequip.gov.cn/2010-11/03/c_13589053.htm.

6 Japan Coal Energy Center.Clean Coal Technologies in Japan.2007-01.http://www.brain-c-jcoal.info/cctinjapanfiles/english/cct_english.pdf.

7 Hiroyuki Kondo.IGCC,IGFC and CCS in Japan.2008-03-31.http://www.asiapacificpartnership.org/pdf/CFE/meeting_melbourne/IGCCIGFC&CCSinJapan-Kondo.pdf.

8 www.australiancoal.com.au/coal21.html.

9 http://canmetenergy.nrcan.gc.ca/clean-fossils-fuels/cleancoal/810.