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低階煤清潔利用大有可為
字號:[    ] 發布時間:2021-08-30 11:09:05 來源:中國能源報 發布人:劉一鳴
  中國煤炭地質總局發布的第三次全國煤田最新數據顯示,我國垂深2000米以淺的低階煤預測資源量26118.16億噸,主要分布于陜西、內蒙古、新疆等西部地區,占全國煤炭資源總預測儲量的57.38%。然而,這些儲量占比超半數的煤炭資源,卻因煤化程度低而不宜直接燃燒、不便遠距離運輸,使用不當易造成嚴重的環境污染。

據陜西煤業化工集團副總經理尚建選介紹,2019年我國低階煤產量已占到全國煤炭總產量的55%以上,隨著煤炭主產區西移,“十四五”期間低階煤產量將越來越大。如何用好低階煤,越來越受到行業關注。

利用得當有利于碳減排

根據結構和組成不同,煤炭分為褐煤、煙煤和無煙煤三大類,其中煙煤可分為低變質煙煤和中變質煙煤,低變質煙煤也叫次煙煤,與褐煤一起統稱為“低階煤”。由于其直接燃燒的熱效率低,排放大量粉塵等污染物,低階煤對環境的影響較其他煤種更大。

記者了解到,長期以來,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,引發一系列環境污染問題,且白白浪費了低階煤中蘊藏的油、氣和化學品資源。因此,大規模開發必須先對其進行加工提質,最為科學和常見的方法之一就是熱解。

據介紹,煤熱解得到的半焦可作為鍋爐燃料和氣化原料,所含的污染物遠少于原煤,對環境影響較小。中國煤炭加工利用協會理事長張紹強指出:“低階煤的最大特點是揮發分高,干燥無灰基揮發分質量占比一般都在40%以上。揮發分可以簡單理解為煤中的輕質組分,也就是煤焦油和干餾后產生的可燃氣體產物的比例。低階煤經過工藝比較簡單的中低溫干餾熱解,就可以獲得占煤炭總質量40%甚至更多的焦油和煤氣,相比煤炭而言,其碳含量大幅度下降,是碳減排過程中亟需的低碳能源品種。此外,因煤化程度比較年輕,氫含量相對較高、碳元素含量相對較低,低階煤的清潔化利用對碳減排更為有利。”

尚建選表示:“熱解是一個相對緩和的化學反應,可避免對煤炭分子的過度拆分。從轉化角度來說,最大程度利用了煤炭資源的分子結構特點,對分子結構破壞較;從能量利用角度,增加了化學能的多級、多層次轉化與梯級利用,進一步提升了煤炭利用的系統能效。”

技術瓶頸尚存

經過10余年的努力,我國低階煤的清潔化利用和高效轉化已獲得巨大發展,燃煤大氣污染問題也基本得到遏制。張紹強認為,在尋求低階煤清潔利用的過程中,如果低階煤產量過剩、成本可承受,還可以在通過熱解技術把其輕質組分拿出來的同時,將高含碳的固體產物就地充填到礦井地下,形成一套高效的碳封存途徑;诖,低階煤在未來的應用大有可為。

多位專家一致認為,低階煤熱解雖已成為適合我國煤炭產業現狀的清潔高效利用有效途徑,但目前我國粉煤熱解技術尚未完全突破,離大規模產業化的成熟尚有距離。“制約低階煤熱解的技術瓶頸主要是熱解爐規模小、環保設施配置低。過去,在蘭炭生產中曾引起較大污染,經過近年的持續研發和升級改造,目前已大有好轉。在此基礎上,行業還在繼續推進超低排放升級改造。”張紹強表示,為了解決熱解爐偏小的問題,現階段正在重點研發和示范建設單爐百萬噸級粉煤熱解技術和裝備。

另據相關業內人士表示,低階煤分級利用熱解后的焦油、煤氣、半焦的再利用,理論上可以提高低階煤利用經濟性,但在實際操作中,煤熱解產生的半焦如何進一步高效利用,也是困擾煤分級利用的一個難題。

業內呼吁組建國家隊聯合攻關

在碳達峰、碳中和目標下,煤炭仍將在未來很長一段時間內發揮“兜底”保障作用。“實現碳達峰、碳中和目標的關鍵之一,就在于高效清潔利用煤炭等化石能源,而非完全禁煤。因此,相關地區政府部門應全面考量、認真思考煤炭的清潔利用路徑,而非強行’一刀切’’去煤化’。”張紹強進一步稱。

根據需求,低階煤通過熱解技術可以獲得大量的低價油氣資源,該方式相比把煤炭完全氣化再去合成油氣產品更有優勢,也是把我國最有資源優勢和開采優勢的低階煤進行降碳化利用的有效措施。“但需要注意的是,煤炭熱解技術目前仍主要依靠‘草根’企業單打獨斗,力量有限,制約其更大規模發展,因此業內呼吁有關部門予以重視,組織國家隊聯合攻關,盡快解決這一技術問題。”張紹強提醒。

“雖然同為低階煤,但因分布地區不同,特性、檔次及用途等也有不同。為此,亟需對全國低階煤資源進行摸底分類,在此基礎上建設分質利用資源體系、學科體系,完善分級分質利用產業發展體系,系統規劃工程設計、裝備研發制造、工程建設、標準建設及市場培育體系。”相關專家表示,與發電、化工產業融合發展是下一步的方向所在,例如對現有低階煤發電廠進行熱解發電耦合改造、加快熱解與天然氣、氫能生產一體化實施步伐等。

尚建選提出,低階煤分質利用示范項目涉及的產業鏈長、產品范圍廣,建議由一個部門牽頭、多個部門參與,共同提高項目的審批和建設效率。“只有打破行業界限,將分級分質利用關鍵核心技術應用于高端化工材料、冶金等相關行業,才能形成一體化協同發展,真正達到煤炭資源的綜合高效利用。”

 
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