低阶煤分质分级已经取得突破性进展,十四五有望大范围推广

  妆未然        2020-10-31 09:26:02

所谓低阶煤,是指处于低变质阶段的煤,根据煤化程度,可分为低变质烟煤(包括长焰煤、不黏煤、弱黏煤)和褐煤。我国探明煤炭资源储量14842.9亿吨,其中低阶煤占59%,约8757.3亿吨。


当前,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,由此引发一系列严重的生态和环境污染问题,且白白浪费了低阶煤中蕴藏的油、气和化学品资源。2012年,我国煤炭使用对环境PM2.5年均浓度的贡献估算值为56%。这其中,约六成是由煤炭直接燃烧产生的,约四成是由使用煤炭的重点行业排放的。因此,治理燃煤污染,必须改变以往仅将煤炭作为燃料为主的利用方式,将煤炭作为燃料和原料并重分级转化、梯级利用是较为合理的方式。而对于占我国煤炭储量一半以上的低阶煤而言,热解是一种较好的利用方式。

低阶煤分质分级已经取得突破性进展,十四五有望大范围推广


煤的热解是指将煤在惰性气氛下持续加热至较高温度时发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过程。在此过程中,煤发生交联键断裂、产物重组和二次反应得到气体(煤气)、液体(焦油)及固体(半焦)等产物。按煤热解温度,热解分为低温热解(500~600℃)、中温热解(650~800℃)、高温热解(900~1000℃)和超高温热解(>1200℃)。


对于低阶煤而言,其煤化程度低、挥发分高、水含量高,直接燃烧或气化效率低;而其有机质化学结构中侧链较多,有机质元素组成中氢氧含量较高,可以以最小的能耗和物耗,通过热解方式,获取所需的清洁能源和化学品。


为得到高产率的煤焦油和煤气,低阶煤大多采用低温热解的方式。现有低温热解技术主要有LFC工艺、LCC工艺、DG工艺、MRF工艺、循环流化床煤分级转化多联产技术、蓄热式无热载体旋转床干馏技术、神华模块化固体热载体技术等,均不同程度地攻克了一些重大热解技术难题,但大多处于小试或中试阶段,均未实现规模化工业运行。此外,龙成低阶煤旋转床热解技术已实现1000万吨/年规模装置(单套80万吨)稳定运行,具有单套装置规模大、焦油产率高、能源转换效率高、原料适应性强、水资源消耗低、环境污染小、酚氨废水实现近零排放等特点。该成果已通过中国石油和化学工业联合会科技成果鉴定。

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对策:分级分质清洁利用成重要途径


低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产,是实现低阶煤分级分质清洁高效利用的重要途径。中国工程院组织30位院士、400多位专家和95家单位历时两年完成的《中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究》认为:以煤的部分裂解气化制高级油品、半焦发电、灰渣综合利用为主要特点的煤分级转化技术,与现有煤燃烧与煤气化技术相比,在能耗、环保以及经济性方面具有优越性,可以跨越式提高煤炭利用效率、环境效益和经济性,有望改变现有煤炭利用方式,促进传统产业的升级改造。


低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产,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,若平均每吨低阶煤按产油率7.1%和产甲烷气率4.2%估算,每年可从全国消费的19.2亿吨低阶煤中提取燃料油1.37亿吨、液化天然气(LNG)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构想,是实现低阶煤分级分质清洁高效利用的重要途径。

低阶煤分质分级已经取得突破性进展,十四五有望大范围推广


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。

低阶煤分质分级已经取得突破性进展,十四五有望大范围推广


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。

低阶煤分质分级已经取得突破性进展,十四五有望大范围推广


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。


来源:北极星电力新闻网,中国 能源报

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