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分级分质,“吃干榨净”低阶煤

文章来源: 《中国能源报》(2020年10月26日 第15 版)   发布时间: 2020-10-28 10:07:42   点击次数: 0

  预测储量高达我国煤炭资源总量的一半以上,然而却因煤化程度低,不宜直接燃烧和远距离运输,利用不当还易造成严重的环境污染——能否用好低阶煤,事关煤炭资源清洁高效利用,也是涉及环境保护的重要问题,正在引发越来越多的关注。

  记者近日从业内获悉,临近“十三五”末,多项低阶煤清洁高效利用关键技术取得实质性突破,进入大规模工业化示范阶段。根据自身结构和理化特性,通过以热解为龙头的梯级利用方式,原本固态的低阶煤可转化为气、液、固三种不同形态,进而再加工获得气、电、油及清洁燃料等高附加值产品,“十四五”期间有望实现大规模推广应用。

  煤质欠佳,但占据煤炭资源半壁江山

  煤阶代表着煤的成熟度。根据埋藏深度不同,煤炭资源的煤化程度也有不同。生成时间较短、煤层相对较薄的低阶煤,就是一种比较“年轻”的煤,硬度不高、发热量低,且具有低灰、低硫、高挥发分、高活性及易燃易碎等特点。其直接燃烧的热效率低,还排放大量粉尘等污染物,对环境的影响较其他煤种更大。

  尽管煤质欠佳,低阶煤的储量却不容小觑。煤炭地质总局第三次全国煤田预测显示,我国垂深2000米以浅的低阶煤资源量为26118.16亿吨,占全国煤炭资源总预测储量的57.38%。据陕西煤业化工集团副总经理尚建选介绍,低阶煤主要分布在陕西、内蒙古、新疆等西部地区,截至2019年,产量已占到全国煤炭总产量的55%以上。“随着煤炭主产区西移,‘十四五’期间低阶煤产量将继续增加。”

  也正因此,低阶煤的开发利用越来越受到重视。《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》提出,“对成煤期晚、挥发分含量高、反应活性高的煤进行分质利用,通过油品、天然气、化学品和电力的联产,实现煤炭使用价值和经济价值的最大化”。《能源技术革命创新行动(2016-2030)》也将“开发百万吨/年低阶煤热解、油化电联产等示范工程”列为重点研究对象,要求加强煤炭分级分质转化技术创新。

  “若能通过联产及多项煤炭转化及深加工技术集成优化,实现低阶煤清洁高效利用,可提高煤炭转化效率,降低产品生产成本,对环境也更友好。”中国工程院院士倪维斗对此表示。

  梯级利用,高效热解技术实现清洁燃烧

  既要将资源“吃干榨净”,又要实现清洁高效利用,质量偏低的低阶煤能否做到?多位业内人士告诉记者,燃烧是低阶煤应用的关键环节,但传统直接燃烧方式只利用其热值及部分组分,造成大量浪费。目前,以热解技术为龙头进行梯级利用,被业内普遍认为是一条更高效的途径。

  尚建选表示,根据低阶煤结构及理化特性,可选用中低温热解为核心的分级分质利用方式,将其转化为煤气、煤焦油、半焦三种物质,相当于由固体的煤获得气、液、固三种能源形式。在此基础上,可进一步加工生产洁净燃料、特种油品、化工品等产品。“不同于液化、气化等工艺,热解是一个相对缓和的反应过程,既能避免对煤炭分子过度拆分,还能最大程度利用煤的分子结构特点。从能量利用角度,热解还增加了化学能的多级、多层次转化利用,可提升煤炭利用的整体能效。”

  “表面上看,热解仅是一个热加工过程,实际在常压下就能得到煤气、焦油等,不需要加氢加氧。因此,热解提质可完成物质、能量的梯级利用,能源利用效率更高、环境污染更少。”一位资深专家向记者透露,经过10余年探索,国家重点研发的煤热解共性关键技术已取得多项突破,低阶煤分质利用正处于大型工业化示范阶段,“十四五”期间有望进入推广应用期。

  “以目前年产量20多亿吨计算,若能就地分质转化一半,即可生产2亿吨油气,缓解油气对外依存度高的局面。同时获得6亿吨洁净散烧燃料,可供给中东部民用锅炉和工业窑炉,用于缓解当地污染。”尚建选称。

  打破界限,与发电、化工等行业耦合发展

  记者进一步了解到,由于发展起步晚、技术难度大,低阶煤应用尚面临不少难题。在“十三五”规划的5个国家级示范项目中,陕煤化榆林1500万吨/年煤炭分质清洁高效转化等进展顺利,但也有项目无奈退出规划或推迟进度。

  “虽然同为低阶煤,但因分布地区不同,特性、档次及用途等也有不同。为此,亟需对全国低阶煤资源进行摸底分类,在此基础上建设分质利用资源体系、学科体系,完善分级分质利用产业发展体系,系统规划工程设计、装备研发制造、工程建设、标准建设及市场培育体系。”上述专家表示,与发电、化工产业融合发展是下一步的方向所在,例如对现有低阶煤发电厂进行热解发电耦合改造、加快热解与天然气、氢能生产一体化实施步伐等。

  石油和化学工业规划院副院长李志坚也称,低阶煤分级分质利用需要根据煤炭资源特点进行适度布局。在研发新一代热解技术的同时,建议关注热解与气化、燃烧的有机集成,半焦应用拓展及示范推广,油、气、化、电多联产的低阶煤分质利用工业化示范等重点方向。

  “由于涉及的产业链长、产品范围广,煤炭、发电、化工等产业又分属不同主管部门,建议由一个部门牵头、多部门参与,提高项目审批和建设的效率。”尚建选表示,只有打破行业界限,将分级分质利用关键核心技术应用于高端化工材料、冶金等相关行业,才能形成一体化协同发展,真正达到煤炭资源的综合高效利用。