預(yù)測(cè)儲(chǔ)量高達(dá)我國(guó)煤炭資源總量的一半以上，然而卻因煤化程度低，不宜直接燃燒和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，利用不當(dāng)還易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染——能否用好低階煤，事關(guān)煤炭資源清潔高效利用，也是涉及環(huán)境保護(hù)的重要問(wèn)題，正在引發(fā)越來(lái)越多的關(guān)注。
記者近日從業(yè)內(nèi)獲悉，臨近“十三五”末，多項(xiàng)低階煤清潔高效利用關(guān)鍵技術(shù)取得實(shí)質(zhì)性突破，進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)化示范階段。根據(jù)自身結(jié)構(gòu)和理化特性，通過(guò)以熱解為龍頭的梯級(jí)利用方式，原本固態(tài)的低階煤可轉(zhuǎn)化為氣、液、固三種不同形態(tài)，進(jìn)而再加工獲得氣、電、油及清潔燃料等高附加值產(chǎn)品，“十四五”期間有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用。
煤質(zhì)欠佳，但占據(jù)煤炭資源半壁江山
煤階代表著煤的成熟度。根據(jù)埋藏深度不同，煤炭資源的煤化程度也有不同。生成時(shí)間較短、煤層相對(duì)較薄的低階煤，就是一種比較“年輕”的煤，硬度不高、發(fā)熱量低，且具有低灰、低硫、高揮發(fā)分、高活性及易燃易碎等特點(diǎn)。其直接燃燒的熱效率低，還排放大量粉塵等污染物，對(duì)環(huán)境的影響較其他煤種更大。
盡管煤質(zhì)欠佳，低階煤的儲(chǔ)量卻不容小覷。煤炭地質(zhì)總局第三次全國(guó)煤田預(yù)測(cè)顯示，我國(guó)垂深2000米以淺的低階煤資源量為26118.16億噸，占全國(guó)煤炭資源總預(yù)測(cè)儲(chǔ)量的57.38%。據(jù)陜西煤業(yè)化工集團(tuán)副總經(jīng)理尚建選介紹，低階煤主要分布在陜西、內(nèi)蒙古、新疆等西部地區(qū)，截至2019年，產(chǎn)量已占到全國(guó)煤炭總產(chǎn)量的55%以上。“隨著煤炭主產(chǎn)區(qū)西移，‘十四五’期間低階煤產(chǎn)量將繼續(xù)增加。”
也正因此，低階煤的開發(fā)利用越來(lái)越受到重視?！睹禾可罴庸ぎa(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》提出，“對(duì)成煤期晚、揮發(fā)分含量高、反應(yīng)活性高的煤進(jìn)行分質(zhì)利用，通過(guò)油品、天然氣、化學(xué)品和電力的聯(lián)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)煤炭使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的最大化”?！赌茉醇夹g(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)（2016-2030）》也將“開發(fā)百萬(wàn)噸/年低階煤熱解、油化電聯(lián)產(chǎn)等示范工程”列為重點(diǎn)研究對(duì)象，要求加強(qiáng)煤炭分級(jí)分質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)創(chuàng)新。
“若能通過(guò)聯(lián)產(chǎn)及多項(xiàng)煤炭轉(zhuǎn)化及深加工技術(shù)集成優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)低階煤清潔高效利用，可提高煤炭轉(zhuǎn)化效率，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，對(duì)環(huán)境也更友好。”中國(guó)工程院院士倪維斗對(duì)此表示。
梯級(jí)利用，高效熱解技術(shù)實(shí)現(xiàn)清潔燃燒
既要將資源“吃干榨凈”，又要實(shí)現(xiàn)清潔高效利用，質(zhì)量偏低的低階煤能否做到？多位業(yè)內(nèi)人士告訴記者，燃燒是低階煤應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但傳統(tǒng)直接燃燒方式只利用其熱值及部分組分，造成大量浪費(fèi)。目前，以熱解技術(shù)為龍頭進(jìn)行梯級(jí)利用，被業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為是一條更高效的途徑。
尚建選表示，根據(jù)低階煤結(jié)構(gòu)及理化特性，可選用中低溫?zé)峤鉃楹诵牡姆旨?jí)分質(zhì)利用方式，將其轉(zhuǎn)化為煤氣、煤焦油、半焦三種物質(zhì)，相當(dāng)于由固體的煤獲得氣、液、固三種能源形式。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步加工生產(chǎn)潔凈燃料、特種油品、化工品等產(chǎn)品。“不同于液化、氣化等工藝，熱解是一個(gè)相對(duì)緩和的反應(yīng)過(guò)程，既能避免對(duì)煤炭分子過(guò)度拆分，還能最大程度利用煤的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。從能量利用角度，熱解還增加了化學(xué)能的多級(jí)、多層次轉(zhuǎn)化利用，可提升煤炭利用的整體能效。”
“表面上看，熱解僅是一個(gè)熱加工過(guò)程，實(shí)際在常壓下就能得到煤氣、焦油等，不需要加氫加氧。因此，熱解提質(zhì)可完成物質(zhì)、能量的梯級(jí)利用，能源利用效率更高、環(huán)境污染更少。”一位資深專家向記者透露，經(jīng)過(guò)10余年探索，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)的煤熱解共性關(guān)鍵技術(shù)已取得多項(xiàng)突破，低階煤分質(zhì)利用正處于大型工業(yè)化示范階段，“十四五”期間有望進(jìn)入推廣應(yīng)用期。
“以目前年產(chǎn)量20多億噸計(jì)算，若能就地分質(zhì)轉(zhuǎn)化一半，即可生產(chǎn)2億噸油氣，緩解油氣對(duì)外依存度高的局面。同時(shí)獲得6億噸潔凈散燒燃料，可供給中東部民用鍋爐和工業(yè)窯爐，用于緩解當(dāng)?shù)匚廴尽?rdquo;尚建選稱。
打破界限，與發(fā)電、化工等行業(yè)耦合發(fā)展
記者進(jìn)一步了解到，由于發(fā)展起步晚、技術(shù)難度大，低階煤應(yīng)用尚面臨不少難題。在“十三五”規(guī)劃的5個(gè)國(guó)家級(jí)示范項(xiàng)目中，陜煤化榆林1500萬(wàn)噸/年煤炭分質(zhì)清潔高效轉(zhuǎn)化等進(jìn)展順利，但也有項(xiàng)目無(wú)奈退出規(guī)劃或推遲進(jìn)度。
“雖然同為低階煤，但因分布地區(qū)不同，特性、檔次及用途等也有不同。為此，亟需對(duì)全國(guó)低階煤資源進(jìn)行摸底分類，在此基礎(chǔ)上建設(shè)分質(zhì)利用資源體系、學(xué)科體系，完善分級(jí)分質(zhì)利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系，系統(tǒng)規(guī)劃工程設(shè)計(jì)、裝備研發(fā)制造、工程建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)及市場(chǎng)培育體系。”上述專家表示，與發(fā)電、化工產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展是下一步的方向所在，例如對(duì)現(xiàn)有低階煤發(fā)電廠進(jìn)行熱解發(fā)電耦合改造、加快熱解與天然氣、氫能生產(chǎn)一體化實(shí)施步伐等。
石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院副院長(zhǎng)李志堅(jiān)也稱，低階煤分級(jí)分質(zhì)利用需要根據(jù)煤炭資源特點(diǎn)進(jìn)行適度布局。在研發(fā)新一代熱解技術(shù)的同時(shí)，建議關(guān)注熱解與氣化、燃燒的有機(jī)集成，半焦應(yīng)用拓展及示范推廣，油、氣、化、電多聯(lián)產(chǎn)的低階煤分質(zhì)利用工業(yè)化示范等重點(diǎn)方向。
“由于涉及的產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、產(chǎn)品范圍廣，煤炭、發(fā)電、化工等產(chǎn)業(yè)又分屬不同主管部門，建議由一個(gè)部門牽頭、多部門參與，提高項(xiàng)目審批和建設(shè)的效率。”尚建選表示，只有打破行業(yè)界限，將分級(jí)分質(zhì)利用關(guān)鍵核心技術(shù)應(yīng)用于高端化工材料、冶金等相關(guān)行業(yè)，才能形成一體化協(xié)同發(fā)展，真正達(dá)到煤炭資源的綜合高效利用。
