2019年12月13日 星期五
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分級分質,煤炭清潔利用的重要舉措

2019-10-14 9:05:01 來源:中國礦業報 作者:張立寬

煤炭是我國的主要能源,同時也是一種高碳能源。自2013年以來,我國北方大部分地區頻繁遭遇霧霾天氣,在“藍天保衛戰”打響的同時,煤炭成為眾矢之的,煤炭清潔高效利用被列為重大科技專項。多年來,各地的實踐表明,將部分適合的煤炭(主要是低階煤)進行分級分質,轉化為油、氣、電、潔凈煤,實現梯級利用,在保持煤炭主體能源地位的同時,又能實現煤炭的清潔高效利用。

對低階煤分級分質體現科學性

2015年1月,國家能源局、環保部、工信部聯合下發的《關于促進煤炭安全綠色開發和清潔高效利用的意見》指出:在條件適合地區,積極推進煤炭分級分質利用,優化褐煤資源開發,鼓勵低階煤提質技術研發和示范,推廣低階煤產地分級提質,提高煤炭利用附加值。同時,要求到2020年,低階煤分級提質核心關鍵技術取得突破,實現百萬噸級示范應用。

我國國標把煤分為三大類,即無煙煤、煙煤和褐煤,小類共29個。低階煤是指處于低變質階段的煤,燃燒時火焰較長而有煙,且煤化程度較低,主要包括褐煤和低變質煙煤。低階煤占我國探明煤炭資源儲量的60%,目前產量也將近六成左右。特別是未經處理的散煤直燃,是造成大氣污染的元兇。因為低階煤的化學結構中側鏈較多,氫、氧含量較高,導致其揮發分含量高、含氧多、含內水較高、易自燃、熱值偏低。因此,對低階煤分級分質提質,實現梯級利用,是煤炭清潔高效利用的應有之意和重要舉措,體現出很好的科學性。

然而,受制于煤炭作為高碳能源的天然屬性,分級分質梯級利用也有個“度”和可能性的問題。一直以來,我國都在推進分級分質梯級利用方面的工作。近年來,現代意義上的分級分質梯級利用,是特指對低階煤的高效利用,特別是我國煤炭生產戰略性西移,中西部煤炭資源主要是長焰煤和褐煤,具有揮發分高、含油率較高的特點,因而對這些低階煤開展分級分質梯級利用就成為亟待解決的問題。

煤炭分級分質梯級利用首先是對原煤精細化洗選加工,多品質、多粒度級,配煤改質,優質優價;其次,部分礦井原煤具有特殊性能和成分,有的含有稀貴元素,特別是大量高揮發分、高含油的長焰煤,采用比較簡單的低溫干餾,又稱“低溫熱解”技術,先拿出部分經濟價值更高、資源比較緊缺的油和氣,同時還能把煤中的硫分降低50%左右,產生的半焦是很好的清潔化固體燃料,可以使原煤產值和效益成倍增長。三是梯級開發綜合利用,分選出優質煤、外銷煤,劣質燃料煤就地發電,打造煤炭經濟新的增長點。

熱解是分級分質利用的較好方式

除了現代煤化工實現了對低階煤的高效清潔利用之外,我國90%以上的低階煤用作發電、工業鍋爐和民用燃料直接燃燒,大量揮發分逃逸,由此引發一系列嚴重的生態和環境污染問題。治理燃煤污染,將煤炭分級轉化、梯級利用是較為合理的方式;而對于占我國煤炭儲量六成以上的低階煤而言,熱解是一種較為經濟和現實的利用方式。

煤的熱解是指將煤在惰性氣氛下持續加熱至600~850攝氏度時發生的一系列化學反應的復雜過程。從我國的現實情況看,低階煤低溫熱解煤油氣電一體化多聯產意義重大。它是以低溫熱解技術為先導,與先進的燃煤發電技術相結合,將低階煤分級分質轉化為油、氣、電、熱。若平均每噸低階煤按產油率7.1%和產甲烷率4.2%估算,每年可從全國消費的19.2億噸低階煤中提取中低溫焦油1.37億噸、液化天然氣0.81億噸,發電3.22萬億千瓦時,實現低階煤資源的最大化利用,符合中央提出的煤炭生產和消費革命思想,也是實現低階煤分級分質清潔高效利用的重要途徑。

我國自上世紀90年代開始,以陜北地區的神木、府谷為代表,大力發展長焰塊煤立式方爐中低溫熱解生產蘭炭用于鐵合金,至今產能發展到近9000萬噸/年,年產量穩定在4000多萬噸,所產蘭炭從傳統的鐵合金、電石用逐步進入散煤清潔化替代領域,大氣污染物減排效果十分顯著,而蘭炭生產自身的清潔生產和環境保護也有很大的進步,目前正在發展細粒度級(0-13mm)和粉煤熱解新技術。

近年來,關于熱解對低階煤分級分質利用的捷報頻傳。2017年4月,萬噸級粉煤熱解—氣化一體化(CCSI)技術通過了中國石油和化學工業聯合會組織的技術鑒定。這一技術依據煤的組成、結構特征、不同組分反應性的差異,將粉煤熱解與半焦氣化結合在一個反應器內,以空氣為氣化劑,將粉煤進一步轉化為高品質的中低溫煤焦油和合成氣,實現粉煤熱解、半焦氣化的分級轉化和優化集成。在這一技術中,煤炭經過熱解轉化后,最大限度阻止了煤炭分子中的有機硫、有機氮向氣相轉移,相當于實現了燃燒前“脫硫脫硝”,從而提前減少污染物的產生。今年7月24日,陜煤集團榆林化學有限責任公司“煤炭分質利用制化工新材料示范項目”一期180萬噸/年乙二醇工程正式開工。該項目立足榆林豐富的煤炭資源,以擁有自主知識產權的煤炭分質利用技術體系為依托,是目前全球在建最大的煤制乙二醇項目。

分級分質是治理散煤的有效手段

2013年以來,隨著大氣污染防治工作的強力推進,散煤治理和北方清潔供暖作為重要的民心和民生工程被提上了重要日程。據統計,民用散煤直接燃燒產生的大氣污染物排放強度是燃煤超低排放發電的10倍以上,我國燃煤中約有20%~25%是散煤,每年消耗量達6億噸,散煤直燃造成的污染程度不言而喻。

近年來,在打贏“藍天保衛戰”和國家力推北方清潔供暖的大背景下,散煤治理得到明顯提速。京津冀及其周邊“2+26”大氣污染傳輸通道城市、汾渭平原11城市等重點地區對散煤治理的力度不斷加大,同時要把散煤治理和煤炭清潔高效利用相結合,作為一項民心和民生工程抓好抓實。

對散煤治理的一種很好方式是潔凈煤+環保爐具,利用高效固硫技術、干法型煤制備技術和高效清潔燃燒技術,實現對低階煤的分級分質清潔高效利用。這方面,山東兗煤藍天清潔能源有限公司研發的以煙煤為燃料的煤炭高效清潔燃燒成套技術,通過將煙煤型煤提質改性和解耦燃燒爐具相結合,整體技術達到了國際領先水平,為我國下一步科學精準施策,有序推進北方地區清潔取暖提供了技術支撐和示范標桿。

日前,國家能源局發布《關于解決“煤改氣”“煤改電”等清潔供暖推進過程中有關問題的通知》,明確提出要拓展多種清潔供暖方式,對暫不能通過清潔供暖替代散煤的地區,重點利用“潔凈煤+節能環保爐具”替代散燒煤。這可以理解為既是對“雙改”政策的修正,也是對“潔凈煤煤+環保爐具”清潔取暖的理性回歸。□

(作者系國家能源局中電傳媒能源情報研究中心研究員)

網站編輯:宮莉

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