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“双碳”目标下化石能源如何高效清洁利用发展?

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匿名 提出于2022-12-13
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  化石能源高效清洁利用技术是国家能源结构转型的关键,是有效支撑“双碳”目标实现的关键手段和途径。在能源革命和“双碳”目标新形势背景下,大力发展化石能源高效清洁利用技术,推动煤炭高效燃烧和转化、石油天然气高效利用及煤化工“三废”处理技术研究和应用,强化化石资源的燃料与原料属性的耦合,对实现国家能源结构转型意义重大。

高效燃烧与低碳转化技术

  现阶段,煤炭仍然是我国主体能源,技术变革与创新、技术改造和挖潜是煤炭的清洁高效利用的主要着力点,国家能源局出台的煤电机组改造升级实施方案中的“三改联动”就是具体的扶持政策。“双碳”目标下的能源转型过程中要实现煤炭利用破立结合,需要大力发展适用于碳达峰、碳中和的典型工业过程煤炭利用变革技术,强化煤炭燃料与原料属性,提高存量煤炭利用水平,安全、有序推动煤炭高效低碳技术研发与应用。在此目标和背景下,中国科学院部署战略性先导科技专项(A类)“煤炭清洁燃烧与低碳利用”,以煤炭的高效低碳利用为目标,以强化煤炭燃料属性与原料属性的耦合利用和设备过程强化为手段,加强关键技术研发和工程验证,推动技术工程示范,实现煤炭减量化、低碳化、清洁化利用,为构建安全高效、低碳清洁的能源体系提供技术支撑。

  (1)燃煤锅炉灵活调峰技术。可再生能源发电的快速发展为我国能源系统低碳转型注入新的活力。由于可再生电力的波动性和间歇性,影响电力系统安全稳定运行。在目前尚无大规模、低成本、长周期的先进储能技术可用状况下,迫切需要煤电深度灵活调峰技术,以满足可再生能源大规模接入电网的需求。加快开发和应用燃煤锅炉深度灵活调峰技术、超低负荷稳燃技术、高效灵活电-热双供技术等,实现锅炉深度调峰与快速变负荷,为可再生能源发电高比例接入电网保驾护航。特别是2030年以后,煤炭逐步向基础能源和保障能源过渡。随着可再生能源的深入发展,煤电深度调峰逐步向高灵活性和全负荷范围调峰的方向发展,应利用变革技术建造新型调峰发电机组来保障可再生能源的接入,从而在高度灵活智能的前提下,实现清洁高效经济运行,支撑新能源系统的构建及“双碳”目标的实现。

  (2)工业过程高效燃烧技术。清洁高效燃烧技术是实现提升能源利用效率、有效降低碳排放强度的有效手段。针对冶金、建材等典型高耗能、高排放工业过程的节煤、降碳、减排等重大需求,突破气化-燃烧、富氧/全氧燃烧、多污染物协同脱除等关键技术,完成典型流程的工业示范,实现高效低碳燃烧利用,从而推动工业用煤领域燃烧技术变革,节能增效。同时,推动冶金、建材等高耗能行业与煤化工的结合,充分发挥煤炭直接和间接转化技术优势,促使高耗能和高耗煤行业技术变革。例如,从焦炭高炉炼铁转型到还原冶炼工艺,可大幅度减少CO2排放。

  (3)工业过程/流程低碳耦合关键技术。充分发挥煤炭的能源属性和物质属性,重点突破高耗煤/高耗能行业间、流程/过程间的物质和能量的耦合瓶颈,形成煤电-可再生发电、煤化-冶金、煤化-石化、多过程联产等系列高效低碳耦合利用技术,完成典型工业示范;推动煤炭由燃料属性向燃料与原料属性耦合转变,实现系统综合能效提升和CO2减排。其中,燃煤发电与可再生能源耦合发电方面,推动发展煤与生物质耦合发电,可实现生物质发电效率提高15—20个百分点,达到超超临界发电水平;而燃煤发电与太阳热耦合发电,可以充分利用低品位的太阳热来减排CO2.煤化-冶金耦合方面,开发甲醇-钢厂煤气制乙酸乙酯技术,可充分利用钢铁厂的尾气(主要是焦炉煤气、转炉煤气),通过提纯形成合成气原料,实现冶金尾气原料化,具有显著的降碳、固碳及增效效益。煤化-发电方面,推动煤化工与燃煤发电耦合,充分发挥煤炭的燃料属性和原料属性,实现电力和化学品联合灵活生产,既满足灵活调峰,又满足大幅度减排CO2的需求。此外,可通过甲醇石脑油耦合制烯烃技术、铁锰矿定向还原焙烧技术等实现煤化-石化、多过程联产等多过程低碳耦合。

  (4)煤炭高效转化技术。煤炭转化方面发展空间很大,主要针对目前煤转化过程中二氧化碳排放高、系统能效低、影响国家能源安全的特种油品及高端化学品不足等问题,提出煤炭转化新路径,加快推进低碳气化、先进催化、含氧化合物制备、高端化学品及特种油品合成等关键技术研究和示范。一方面,发展煤炭清洁经济制备一氧化碳技术,逐步利用大规模可再生能源的氢源合成能源产品和化学品,实现少排甚至不排CO2;另一方面,通过转化-合成、气化-转化- 合成等过程集成,实现煤炭低碳高效高质转化,为实现“双碳”目标、保证国家油气和产业链安全提供技术支撑。

石油、天然气高效清洁利用技术

  (1)石油高效利用技术。“双碳”目标下,未来对成品油的需求将急剧下降,推进炼化企业从“燃料型”向“化工型”转型是发展趋势。通过石油催化裂解生产烯烃/芳烃技术、原油直接催化裂解多产化学品技术等石油直接制备化学品技术,以及甲醇石脑油耦合制烯烃、甲醇-原油共催化裂解制烯烃等石油基与煤基原料耦合制烯烃芳烃技术,构建石油制烯烃/芳烃等化学品的新技术体系,实现其低碳、清洁、高值利用。从而提高我国基础化工原料自给率,有效推动“双碳”战略实施。

  (2)天然气高效清洁利用技术。充分发挥天然气能源属性的清洁低碳优点和物质属性的原料特点。一方面,加快推进天然气高效低排放燃烧、燃气轮机联合循环发电等技术研发和示范应用,充分发挥天然气具有调节灵活、响应迅速的优点,与可再生能源协同发展,形成良性互补。另一方面,开展单活性中心甲烷无氧转化制烯烃、芳烃和甲烷/二氧化碳干气重整制合成气等天然气制备化学品技术,实现天然气高效、清洁、高值化利用,有效支撑清洁低碳、安全高效现代能源体系构建。

煤转化及石油采炼过程“三废”处理技术

  在我国化石资源利用过程中,仍然有废水、废气、固体废物大量排放,存在处理成本高、环境污染严重等问题。迫切需要突破规模换低成本关键技术的瓶颈。

  (1)废水处理方面。推动煤化工废水低成本处理及资源化利用,开展催化臭氧氧化、催化湿式电氧化、酚油协同萃取及高效生化处理等关键技术研究,并进行工程示范和应用。

  (2)废气处理方面。重点突破NOx和挥发性有机物(VOCs)等多种污染物协同脱除技术,进行污染物系统高效脱除催化剂开发和应用,进行废气催化净化处理工程示范。

  (3)固废处理及资源化方面。推动大宗化石资源的固废资源化、高值化及低碳化利用,开发气化灰渣焚烧利用、废液与废固高温熔融高质化、油泥高质化利用等关键技术,完成工程示范和推广应用。

来源:《“双碳”目标下的化石能源高效清洁利用》

发布于 2022-12-13 10:42
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