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分级分质,煤炭清洁利用的重要举措

2019-10-14 9:05:01 来源:中国矿业报 作者:张立宽

煤炭是我国的主要能源,同时也是一种高碳能源。自2013年以来,我国北方大部分地区频繁遭遇雾霾天气,在“蓝天保卫战”打响的同时,煤炭成为众矢之的,煤炭清洁高效利用被列为重大科技专项。多年来,各地的实践表明,将部分适合的煤炭(主要是低阶煤)进行分级分质,转化为油、气、电、洁净煤,实现梯级利用,在保持煤炭主体能源地位的同时,又能实现煤炭的清洁高效利用。

对低阶煤分级分质体现科学性

2015年1月,国家能源局、环保部、工信部联合下发的《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》指出:在条件适合地区,积极推进煤炭分级分质利用,优化褐煤资源开发,鼓励低阶煤提质技术研发和示范,推广低阶煤产地分级提质,提高煤炭利用附加值。同时,要求到2020年,低阶煤分级提质核心关键技术取得突破,实现百万吨级示范应用。

我国国标把煤分为三大类,即无烟煤、烟煤和褐煤,小类共29个。低阶煤是指处于低变质阶段的煤,燃烧时火焰较长而有烟,且煤化程度较低,主要包括褐煤和低变质烟煤。低阶煤占我国探明煤炭资源储量的60%,目前产量也将近六成左右。特别是未经处理的散煤直燃,是造成大气污染的元凶。因为低阶煤的化学结构中侧链较多,氢、氧含量较高,导致其挥发分含量高、含氧多、含内水较高、易自燃、热值偏低。因此,对低阶煤分级分质提质,实现梯级利用,是煤炭清洁高效利用的应有之意和重要举措,体现出很好的科学性。

然而,受制于煤炭作为高碳能源的天然属性,分级分质梯级利用也有个“度”和可能性的问题。一直以来,我国都在推进分级分质梯级利用方面的工作。近年来,现代意义上的分级分质梯级利用,是特指对低阶煤的高效利用,特别是我国煤炭生产战略性西移,中西部煤炭资源主要是长焰煤和褐煤,具有挥发分高、含油率较高的特点,因而对这些低阶煤开展分级分质梯级利用就成为亟待解决的问题。

煤炭分级分质梯级利用首先是对原煤精细化洗选加工,多品质、多粒度级,配煤改质,优质优价;其次,部分矿井原煤具有特殊性能和成分,有的含有稀贵元素,特别是大量高挥发分、高含油的长焰煤,采用比较简单的低温干馏,又称“低温热解”技术,先拿出部分经济价值更高、资源比较紧缺的油和气,同时还能把煤中的硫分降低50%左右,产生的半焦是很好的清洁化固体燃料,可以使原煤产值和效益成倍增长。三是梯级开发综合利用,分选出优质煤、外销煤,劣质燃料煤就地发电,打造煤炭经济新的增长点。

热解是分级分质利用的较好方式

除了现代煤化工实现了对低阶煤的高效清洁利用之外,我国90%以上的低阶煤用作发电、工业锅炉和民用燃料直接燃烧,大量挥发分逃逸,由此引发一系列严重的生态和环境污染问题。治理燃煤污染,将煤炭分级转化、梯级利用是较为合理的方式;而对于占我国煤炭储量六成以上的低阶煤而言,热解是一种较为经济和现实的利用方式。

煤的热解是指将煤在惰性气氛下持续加热至600~850摄氏度时发生的一系列化学反应的复杂过程。从我国的现实情况看,低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产意义重大。它是以低温热解技术为先导,与先进的燃煤发电技术相结合,将低阶煤分级分质转化为油、气、电、热。若平均每吨低阶煤按产油率7.1%和产甲烷率4.2%估算,每年可从全国消费的19.2亿吨低阶煤中提取中低温焦油1.37亿吨、液化天然气0.81亿吨,发电3.22万亿千瓦时,实现低阶煤资源的最大化利用,符合中央提出的煤炭生产和消费革命思想,也是实现低阶煤分级分质清洁高效利用的重要途径。

我国自上世纪90年代开始,以陕北地区的神木、府谷为代表,大力发展长焰块煤立式方炉中低温热解生产兰炭用于铁合金,至今产能发展到近9000万吨/年,年产量稳定在4000多万吨,所产兰炭从传统的铁合金、电石用逐步进入散煤清洁化替代领域,大气污染物减排效果十分显著,而兰炭生产自身的清洁生产和环境保护也有很大的进步,目前正在发展细粒度级(0-13mm)和粉煤热解新技术。

近年来,关于热解对低阶煤分级分质利用的捷报频传。2017年4月,万吨级粉煤热解—气化一体化(CCSI)技术通过了中国石油和化学工业联合会组织的技术鉴定。这一技术依据煤的组成、结构特征、不同组分反应性的差异,将粉煤热解与半焦气化结合在一个反应器内,以空气为气化剂,将粉煤进一步转化为高品质的中低温煤焦油和合成气,实现粉煤热解、半焦气化的分级转化和优化集成。在这一技术中,煤炭经过热解转化后,最大限度阻止了煤炭分子中的有机硫、有机氮向气相转移,相当于实现了燃烧前“脱硫脱硝”,从而提前减少污染物的产生。今年7月24日,陕煤集团榆林化学有限责任公司“煤炭分质利用制化工新材料示范项目”一期180万吨/年乙二醇工程正式开工。该项目立足榆林丰富的煤炭资源,以拥有自主知识产权的煤炭分质利用技术体系为依托,是目前全球在建最大的煤制乙二醇项目。

分级分质是治理散煤的有效手段

2013年以来,随着大气污染防治工作的强力推进,散煤治理和北方清洁供暖作为重要的民心和民生工程被提上了重要日程。据统计,民用散煤直接燃烧产生的大气污染物排放强度是燃煤超低排放发电的10倍以上,我国燃煤中约有20%~25%是散煤,每年消耗量达6亿吨,散煤直燃造成的污染程度不言而喻。

近年来,在打赢“蓝天保卫战”和国家力推北方清洁供暖的大背景下,散煤治理得到明显提速。京津冀及其周边“2+26”大气污染传输通道城市、汾渭平原11城市等重点地区对散煤治理的力度不断加大,同时要把散煤治理和煤炭清洁高效利用相结合,作为一项民心和民生工程抓好抓实。

对散煤治理的一种很好方式是洁净煤+环保炉具,利用高效固硫技术、干法型煤制备技术和高效清洁燃烧技术,实现对低阶煤的分级分质清洁高效利用。这方面,山东兖煤蓝天清洁能源有限公司研发的以烟煤为燃料的煤炭高效清洁燃烧成套技术,通过将烟煤型煤提质改性和解耦燃烧炉具相结合,整体技术达到了国际领先水平,为我国下一步科学精准施策,有序推进北方地区清洁取暖提供了技术支撑和示范标杆。

日前,国家能源局发布《关于解决“煤改气”“煤改电”等清洁供暖推进过程中有关问题的通知》,明确提出要拓展多种清洁供暖方式,对暂不能通过清洁供暖替代散煤的地区,重点利用“洁净煤+节能环保炉具”替代散烧煤。这可以理解为既是对“双改”政策的修正,也是对“洁净煤煤+环保炉具”清洁取暖的理性回归。□

(作者系国家能源局中电传媒能源情报研究中心研究员)

网站编辑:宫莉

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