《一、前言》

一、前言

从 2000 年至 2009 年，我国石油消费总量从 2.26×108 t 增至 2009 年的 3.85 ×108 t [1]。交通消耗 占我国每年石油消费的 30 % 以上 [1]，由于我国汽车 保有量不断地攀升，这一比例还在继续增长。我国 2008 年原油及其成品油净进口量约为 2×108 t [1]，对 外依存度达到 53 %，液态燃料供应问题面临严峻 的挑战。由我国液态燃料的供应问题可以看出，我 国能源需求的快速增长已经对能源与生态环境提出了巨大的挑战，而煤炭作为我国能源供应的主体， 自然要承担相应的责任。因此，要解决我国能源所 面临的挑战，关键在于发展先进的煤炭利用技术 [2]。 多联产系统正是一条先进的煤炭利用技术路线，是 解决能源问题与生态挑战的重要途径 [3]。

《二、多联产系统的定义及分类》

二、多联产系统的定义及分类

近年来，国内外对于多联产尚没有统一的描述 方法。在总结国内外多联产系统研究现状的基础上， 本节对多联产系统进行了定义及分类。

《（一）多联产系统定义》

（一）多联产系统定义

以提高物质和能量综合利用效率以及减少污染 物排放为目的，将传统上以煤为原料、分别单独生 产电力和化工品的工艺过程有机地耦合在一起，所 形成的新型电力和洁净燃料联合生产系统称为多联 产（能源）系统。

根据是否强调化工生产和电力生产的有机关 联，本文提出了广义多联产和狭义多联产的概念。

广义多联产定义为：以煤气化技术 ( 包括煤完 全气化，部分气化，热解等 ) 为“龙头”，从产生 的合成气来进行跨行业、跨部门的联合生产，以同 时获得多种高附加值的化工产品（包括脂肪烃和芳 香烃）和多种洁净的二次能源（气体燃料、液体燃料、 电力等）的优化集成能源系统。简言之，广义多联 产系统着重于强调以煤气化为龙头，多产品输出的 能量系统。 狭义多联产定义为：利用已参与化工合成后 的合成气再去发电的方式称为（化工 – 动力）多联 产。

狭义多联产系统从化工生产和动力系统的特点 出发，强调两者的有机关联。

《（二）多联产系统的分类》

（二）多联产系统的分类

1. 以煤气化形式分类

基于煤气化技术的不同，目前多联产系统的主 要技术方向可以分为以下 3 类：①以煤热解燃烧为 核心的多联产系统；②以煤部分气化为核心的多联 产系统；③以煤完全气化为核心的多联产系统。

2. 以产品形式分类

多联产系统将化石能源中的碳、氢、氧元素最 大限度地转化为能量产品和可存储并适应社会需求 的化工产品，化学品载体的选择随多联产工艺、技 术的改变和以该化学品为原料的下游工艺链的改变 而不同。目前的多联产发展模式中，煤基多联产化 工产品主要包括：燃料甲醇、二甲醚、甲酸、乙二醇、 煤制天然气、煤基低碳烯烃等。

3. 以流程结构形式分类 根据多联产系统流程结构形式及集成程度不 同，多联产系统可以分为并联型多联产系统和串联 型多联产系统两大类。并联型系统是指化工流程与 动力流程以并联方式连接在一起，合成气平行地供 给两大系统。串联型系统是指化工系统与动力系统 以串联形式连接在一起，合成气首先经历化工生产 流程，部分组分转化为化工产品，部分组分作为燃 料送往热力系统。

《三、煤基多联产液体燃料的发展潜力》

三、煤基多联产液体燃料的发展潜力

随着我国经济的快速增长，交通对于石油的依 赖将更加严重。而煤基液体燃料转化技术是将固体 的煤炭转化为车用液体燃料的洁净煤技术，这为缓 解我国液体燃料的供应问题指出了一条可供发展的 道路。

本节分析了我国煤基多联产液体燃料技术的发 展上限，同时从能源安全与经济的角度对发展煤基 多联产液体燃料进行了损益分析，综合分析出了液 体燃料的发展潜力。

《（一）用于煤基替代燃料生产的煤炭资源潜力》

（一）用于煤基替代燃料生产的煤炭资源潜力

煤炭近年来在全国一次能源消费中的占比始终 维持在 70 % 左右 [1]。2009 年我国煤炭消费总量达 到 2.95 ×109 t，同比增加 2.1 ×108 t [1]。我国煤炭 的主要利用途径如图 1 和图 2 所示。

《图1》

图 1 我国煤炭消费总量和构成的历史变化趋势 [1]

《图2》

图 2 2009 年我国煤炭能流图（单位：×108 t）[1]

目前，电力、钢铁、建材和化工占我国煤炭消 费总量的 85 % 以上 [4]。按这些主要部门来预测煤 炭需求，2030 年约为 3.7 ×109 ~ 4.0×109 t，2050 年约为 3.5×109 ~ 3.8×109 t。其中化工用煤量 2030 年为3.5×108 ~ 4×108 t，2050 年为4 ×108 ~ 4.5× 108 t [5]。除去合成氨、电石、煤制烯烃以及民用液 体燃料（例如，部分二甲醚）生产的用煤量，可 用于生产车用液体燃料的资源量最多为 1×108 ~ 2×108 t。而若考虑上述更严格的煤炭可持续产能 约束和煤炭消费的碳排放约束，实际上可用于生产液体燃料的资源规模可能更小。

《（二）煤基替代燃料发展损益分析 》

（二）煤基替代燃料发展损益分析

本节从能源安全入手，建立了能源安全损益分 析模型，并对建立石油战略储备和发展煤基液体燃 料进行了定量分析，确定两者的最优平衡关系。

1. 能源安全损益分析模型

本节参考了美国橡树岭国家实验室定量研究的 方法，根据石油战略储备（SPR）和替代燃料（ALF） 对于能源安全的不同作用机理，建立计算石油战略 储备和替代燃料发展的最优规模模型，即能源安全 损益分析模型 [6]。

建立石油战略储备或发展替代燃料，经济成本 主要包括基础设施建设成本、运行维护成本和购买 资源或燃料的相关成本 [7]。对于替代燃料来说，还 应包括相关的 CO2 处理成本，这些成本都可以直接计算出来。但建立战略储备或发展替代燃料得到的 收益只有在石油中断的时候才能显现出来，其原理 如图 3 所示。建立石油战略储备或发展替代燃料， 是为了尽可能的避免进口油额外成本以及由于石油 短缺造成的本国国内生产总值（GDP）损失，而避 免的损失就是它们的收益了。图 4 描述了发展替 代燃料的收益和代价，是否存在“最佳点”以及 如何寻找“最佳点”是替代燃料损益分析中的关键问题。

《图3》

图 3 石油战略储备和替代燃料的收益计算原理示意图

《图4》

图 4 替代燃料损益分析计算原理示意图

2. 最优规模定量分析

我国发展替代燃料应该优先考虑煤基替代燃料， 本小节选取煤制油为研究对象，选取 2010—2030 年， 对我国发展替代燃料进行定量分析，根据石油战略 储备和煤基燃料两种方式同时发展的情况计算发展 煤基替代燃料的成本和收益，分析是否应该发展替 代燃料以及发展多大规模的替代燃料。

计算结果如图 5 所示，其中，图 5a 为三维立 体图，图 5b 为对应的等高线图。计算结果表明在 建立 1.7×108 t 石油战略储备和发展 0.7×108 t 替 代燃料时，将有最大收益约 1 600 亿元。在最佳规 模附近，其收益也较大，所以图 5 中中心圆圈内 的点均可以认为是较优规模，即截至 2030 年，我 国建设 1.5×108 ~2×108 t 石油战略储备，同时发展 0.5×108 ~1×108 t 的替代能源，将有较大的收益。

《图5》

图 5 不同石油战略储备和替代能源规模下的净收益

《（三）煤基液态燃料发展建议》

（三）煤基液态燃料发展建议

（1）2020 年后煤基替代燃料的发展还取决于 能源安全的局势和国家应对气候变化的整体考虑， 但考虑煤炭可持续产能的制约和碳捕获与封存技术 （CCS）的前景尚不明确，煤基液体燃料的总量发 展规模不宜过大。

（2）通过对能源安全与收益建模分析表明， 在保障能源安全的过程中，石油战略储备和煤基 替代燃料均有一定的最优规模，在基准情景假设 下，同时建立 1.5×108 ~2×108 t 石油战略储备和 0.5×108 ~1×108 t 替代燃料时，对于保障能源安全 有最大的收益。

（3）在进行替代燃料发展决策时，要充分考虑 到未来油价的走势，并做相应的损益分析。

《四、我国多联产系统发展战略及技术路线》

四、我国多联产系统发展战略及技术路线

《（一）我国多联产系统发展的现状》

（一）我国多联产系统发展的现状

我国多联产系统的发展目前具有以下三个特点：

（1）我国多联产系统总体上已经进入工业示范 早期，虽然尚没有得到广泛推广，但是技术日趋成 熟，为大范围技术推广打下了良好的基础；

（2）我国液体燃料高度短缺，生态环境保护形 势严峻，多联产系统的发展具有广阔的空间；

（3）我国多联产系统发展仍面临缺乏主导设计、 难以打破行业分割以及缺乏相关政策、法规支持等 挑战。

《（二）我国多联产系统的发展规模 》

（二）我国多联产系统的发展规模

目前我国的煤炭利用方式主要是直接燃烧，能 源利用效率较低，且污染排放量大。以整体煤气化 联合循环（IGCC）为代表的清洁煤发电技术效率 高（目前已达 43 %）、排放低，是以煤为主的高效 洁净能源动力系统的重要技术方向。以煤气化为基 础，将整体煤气化联合循环发电技术与煤基燃料、 化工品生产过程集成形成的煤基多联产系统，将煤 的单一利用模式发展成了综合利用模式，可以实现 煤炭的高效、洁净、经济利用。

根据我国现状及能源需求分析，2020 年前我 国煤基多联产发展的潜力预计为煤基多联产发电 5 000~10 000 MW，清洁燃料（合成天然气、液体 产品）及化工品（烯烃等）每年直接或间接替代 5.5×107 t 油，并在考虑二氧化碳捕集预留设计的 情况下实现零排放氢电联产系统的示范。到2030年， 煤基多联产发电潜力 20~100 GW，清洁燃料（合成 天然气、液体产品）及化工品（烯烃等）生产潜力 为每年直接或间接替代约 1×108 t 油品。

《（三）我国多联产系统的发展布局 》

（三）我国多联产系统的发展布局

煤基多联产系统根据煤种、产品、集成方式等 不同而有各种不同的形式；根据不同地区资源条件 和产品市场的不同，煤基多联产系统发展应有不同 的模式。

1. 在煤炭基地发展煤炭梯级利用联产项目

结合大型煤炭基地的资源条件，通过煤基多联 产技术同时生产电力、清洁燃料和化工品，真正实 现电力和清洁燃料、化工品生产的内在集成，可大 幅提高系统的整体物质能量转换效率，降低水资源 消耗，减少污染物及 CO2 温室气体的排放。

2. 在中东部地区，发展不同产业融合的联产系统

在产业集中地，通过煤基多联产系统生产电力、 氢气、燃料气、化工品等同时与其他产业如钢铁、 炼化等结合。通过不同产业间的横向联合，进一步提高整体效率，降低成本。

《（四）我国多联产系统的发展战略 》

（四）我国多联产系统的发展战略

1. 战略思想

（1）以“自主创新，重点突破；多元发展，合 理布局”为指导思想。坚持自主开发、坚持科技创新， 发展符合国情的多联产系统；在多联产系统的关键 技术上形成突破；制订多元化的系统方案和发展模 式；因地制宜、因时制宜，根据实际需要和资源禀 赋等在重点地区布局适当规模的多联产系统，促进 多联产系统的示范、推广和产业化发展 [8]。

（2）以“一个统领，两个创新，突破三类技术， 做好四个协同”为发展思路。以煤炭可持续发展为 统领，充分利用多联产系统能效高、排放少的优势； 依托多联产系统的自主技术创新，以创新的方式发 展以多联产系统为核心的新型产业；在发电方面， 重点突破整体煤气化联合循环以及整体煤气化联合 循环 + 碳捕获、利用与封存的关键技术；在化工方 面，重点突破煤制油、煤制烯烃、醇醚燃料以及碳 捕获、利用与封存等关键技术；在系统优化和集成 方面，重点突破煤基多联产、煤炭和其他能源协同 利用的多联产，以及和碳捕获、利用与封存的集成 等方面的关键技术。

2. 战略目标

（1）2020 年：通过 5~6 套整体煤气化联合循 环系统示范突破煤气化及富氢燃料发电技术，同时 有序开展 10 套左右的煤基多联产系统示范，突破 关键单元技术及系统集成技术，为多联产技术产业 化奠定坚实基础。

（2）2030 年：通过扩建已有示范项目和新建项 目，总共建成 20 套左右多联产系统，实现多联产技 术产业化。重点对五种技术流程进行工业放大，并 对多联产系统加装二氧化碳捕集系统进行技术示范。

3. 战略措施

（1）重点突破多联产系统的关键科学技术。针 对多联产系统的三类关键技术，尽快设立国家科技 攻关重大专项，重点突破其中的关键科学技术问题。 包括：①整体煤气化联合循环和整体煤气化联合循 环 + 碳捕获、利用与封存关键科学技术研究开发； ②煤化工多联产 + 碳捕获、利用与封存的关键科学 技术研究开发；③广义多联产系统 + 碳捕获、利用 与封存的关键科学技术研究开发。

（2）合理布局多联产系统工业示范，并进一步 大规模推广。2020 年前，建设采用以下工艺流程 的不同规模的煤基多联产系统各两套：①基于煤 气化的合成气一次通过电力 / 甲醇联产系统，发电 容量 300 MW，甲醇合成 3×105 t·a –1 ；②基于煤气 化的合成气再循环电力 / 甲醇联产系统，发电容量 250 MW，甲醇合成 3×105 t·a –1 ；③基于气化煤气 和焦炉煤气双气头的合成气一次通过电力 / 甲醇联 产系统，发电容量 300 MW，甲醇合成 3×105 t·a –1， 焦炉煤气消耗 8×108 Nm3 ·a –1 ；④基于煤炭热解气 化燃烧分级转化的合成气一次通过电力 / 甲醇联产 系统，发电容量 200 MW，甲醇合成 1.5×105 t·a –1， 联产焦油 1×104 t·a –1 ；⑤基于煤炭和生物质共气化 的合成气一次通过电力 / 甲醇联产系统，发电容量 200 MW，甲醇合成 1.5×105 t·a –1。

2030 年前通过扩建已有示范项目和新建项目， 总共建成 20 套左右多联产系统，实现多联产技术产 业化，重点对以上五种技术流程进行工业放大，并 对多联产系统加装二氧化碳捕集系统进行技术示范。

2030 年后开展产业化推广，最终达到总发电能 力 2×107 kW 至 1×108 kW，清洁燃料（合成天然气、 液体产品）及化工品（烯烃等）每年直接或间接替 代 5×107 ~1×108 t 石油的规模，为保证国家能源安 全做出实质性贡献。

（3）重点培育和发展多联产系统的相关产业。 除发展多联产系统的产品生产本身这一产业外，重 点培育如下配套产业，支撑多联产系统的产业化发 展。包括：①动力设备制造产业，重点是自主的燃 用合成气或富氢气体的燃气轮机装备制造；②煤气 化设备制造产业，包括煤气化、部分气化、热解等； ③煤化工合成设备制造产业，包括煤制油、煤制系 统、甲醇和二甲醚的合成反应器、催化剂和配套设 备等；④多联产系统集成设计和咨询服务等其他相 关产业；⑤醇醚燃料产业，重点包括甲醇汽车、灵 活燃料车、二甲醚汽车和二甲醚民用设备等。

《（五）我国多联产系统发展的技术路线》

（五）我国多联产系统发展的技术路线

煤基多联产技术发展路线图如图 6 所示。

《图6》

图 6 煤基多联产系统技术发展路线图

第一阶段为多联产系统关键技术研发及示范阶 段。至 2020 年，依托 10 套多联产系统示范装置， 开展整体煤气化联合循环 / 联产系统关键技术的自 主研发。

第二阶段为多联产系统工业示范阶段。2020 年 至 2030 年，完成 20 套多联产系统示范，并对多联产系统二氧化碳捕集进行工程示范。

第三阶段为多联产系统产业化阶段。2030 年以 后，在我国对多联产系统进行大规模产业化推广。 值得注意的是，多联产系统集成及优化将贯穿 整个多联产系统发展阶段。

《（六）我国多联产系统发展的政策保障措施 》

（六）我国多联产系统发展的政策保障措施

（1）理顺管理制度，突破行业分割和部门分割；

（2）加强规划制订，合理布局多联产系统的 发展；

（3）出台相关政策，促进多联产系统顺利发展。

《五、结语 》

五、结语

在我国社会不断发展的过程中同时解决能源规 模、效率和环保问题是未来我国能源体系面临的重 大挑战 [9]。能源消费总量的快速增长，能源转换效 率的低下，以及在能源生产、转换和使用中带来的 环境污染、生态系统破坏等问题，已成为我国社会、 经济发展的巨大障碍。多联产技术是在现有能源利 用技术基础上的一次本质飞跃，是近期可实现、未 来可发展的新型能源系统，对于促进我国能源与环 境协调发展，维护国家能源安全，满足国民经济快 速稳定发展都具有重要的战略意义。