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尚建选:陕西煤业化工集团煤化工产业高质量发展研究

“双碳”目标下,我国煤化工产业面临巨大挑战。介绍了陕西煤业化工集团及其煤化工产业的发展概况,阐述了煤化工产业发展面临的主要挑战与发展方向,提出低阶煤分质利用的科学理念,并介绍了该集团在低阶煤分质清洁高效利用领域的实践探索;立足集团煤化工板块最核心的低阶煤清洁高效利用领域,阐释了相关发展思路和重点任务。认为首先要坚持创新引领,加快成熟技术的转化应用,大力推动榆林地区煤炭转化利用产业转型升级;其次要全力推进示范工程建设,努力打造煤化工高端化、多元化、低碳化发展样板工程;第三要开展粉煤热解与电站锅炉耦合工业化示范,推动低阶煤燃烧前先提油气的高效利用方式;第四要加强与新能源耦合发展,构建完整的低阶煤分质清洁高效转化技术开发和产业发展体系;第五要推动建设国家级富油低阶煤分质清洁高效转化基地。


尚建选:陕西煤业化工集团煤化工产业高质量发展研究


作者简介



尚建选:陕西煤业化工集团煤化工产业高质量发展研究



尚建选(1965-),男,博士,教授级高级工程师,“三秦学者”,中国科技部、石化联合会、煤炭协会专家库专家。现任陕西煤业化工集团副总经理,国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室主任,煤炭绿色安全高效开采国家地方联合共建工程中心主任;兼任中国煤炭学会副理事长,中国煤炭工业技术委员会煤化工及新材料专委会主任委员,中国石化联合会煤化工专业委员会副主任委员;受聘煤液化及煤化⼯国家重点实验室、煤基能源清洁高效利用国家重点实验室、国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室及怀柔国家能源实验室山西基地学术委员会委员;太原理工大学客座教授,华东理工大学兼职教授,西安交大兼职教授,《煤化工》杂志副主编。
曾参加中国工程院主持的《中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究》《能源金三角煤炭资源开发战略研究》《中国能源生产与消费革命战略研究》国家重大战略咨询项目研究,主持国家重点研发计划2项,出版主要学术著作3部、发表主要论文7篇、获权主要发明专利26件,所获省部级、行业级奖励15项、所获其他奖励3项。



尚建选:陕西煤业化工集团煤化工产业高质量发展研究


主要内容
首先,作者介绍了陕煤集团煤化工产业的发展概况。煤化工产业是陕煤集团重点发展的主导产业之一,陕西化工集团公司是陕煤集团负责化工板块运营管理和产业发展的专业化管理公司,目前拥有17家生产企业,资产总额1270亿元,产业员工2万余人,目前已初步形成煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制合成氨-尿素、煤焦化/热解、焦油深加工、氯碱化工、碳纤维材料等多条工艺路线,主要生产装置50余套,主要化工产品20余种,产能规模2100万t/a,年转化煤炭约2700万t,2021年完成营业收入830亿元、实现利润总额84.5亿元。
其次,提出低阶煤分质清洁高效利用的科学理念。指出,低阶煤(褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤)的有机质是由芳环、脂肪链及各种官能团缩合形成的大分子聚集体,其碳含量相对较低、氢氧含量相对较高,结构单元芳核较小,结构单元之间由桥键和交联键相连。通过加热,低阶煤中弱的桥键易于断裂形成自由基,继而引发煤热解自由基反应,与氢结合生成小分子的有机挥发物、富氢气体产物,富含芳烃的焦油产率较高。低阶煤这种结构和加热特性,决定了可以通过低能耗、低物耗的中低温热解方式将其分质转化为气、液、固3种能源状态,进而对煤气、煤焦油、半焦进一步分质转化,即可获得油、气等清洁燃料及高附加值化工产品。这个过程就是低阶煤的分质利用。
第三,阐述了陕煤集团在低阶煤分质利用领域进行的实践探索及其主要科研平台建设。2010年陕煤集团系统地提出了低阶煤分质清洁高效转化多联产的科学理念,创立了煤炭分质清洁高效转化多联产技术开发系统,建立了研发体系和工业化试验示范基地,先后搭建起国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室、甲醇制烯烃国家工程实验室、煤制化学品国家地方联合共建工程研究中心等一批国家级科研平台,广泛汇聚了业内顶级煤化工科研力量。同时,陕煤集团先后组建起包括陕西煤业化工技术研究院、陕西煤业化工技术开发中心、上海胜帮煤化工科技公司、神木富油能源科技公司、神木天元化工公司、陕西联合能源化工技术公司等十余家实体科研机构,培育起一支从煤化工技术研发、工程设计、项目咨询到工业化试验示范和技术推广服务的专业化科研团队。
第四,对陕煤集团煤化工产业目前面临的主要挑战进行了研究分析。认为集团煤化工板块覆盖领域广,产品众多,在新形势下要实现产业的高端、多元和低碳发展还面临诸多挑战:煤制烯烃产品结构仍较为单一,存在同质化竞争风险;陕北地区仍有技术水平较低的传统直立炭化炉在运转,存在低效、污染风险;陕化公司、渭化公司的高价值化学品研发亟待进一步创新;低阶煤分质清洁高效利用产业链亦存在尚未彻底突破的关键技术产业化瓶颈。
第五,今后,陕煤集团将以低阶煤分质清洁高效转化多联产为主线,加快推进关键核心技术产业化示范应用进程,提升煤化工高端化、多元化、低碳化发展水平。主要任务如下:加快成熟技术推广应用,大力推动榆林地区煤炭转化利用产业转型升级;全力推进“陕煤集团榆林1500 t/a煤炭分质清洁高效转化示范项目”建设;开展粉煤热解与电站锅炉耦合工业化示范,推广低阶煤燃烧前先提油气的高效利用方式;加强与新能源耦合发展,构建完整的低阶煤分质清洁高效转化技术开发和产业发展体系;推动建设国家级富油低阶煤分质清洁高效转化基地。
转自:中国煤炭杂志



刘中民院士:以煤为基推动能源变革,双碳下开启新征程

  刘中民身上从不缺少光环——27岁担任中国科学院大连化学物理研究所(简称“大连化物所”)甲醇制烯烃研究组副组长,31岁成为研究组组长,34岁成为研究室主任,51岁当选中国工程院院士。
  科研生涯硕果累累,背后是几十年如一日的不懈攻坚。回望过去,现任大连化物所所长的刘中民称,科研让自己兴奋。2010年8月8日,世界首套DMTO工业示范装置一次开车成功并稳定运转。次年一月,正式进入商业化运营阶段。这是刘中民担任组长完成的一个重要突破,带领团队躬身数载,刘中民至今记得成功投产那一刻,“所有人都沸腾了,大家激动地流下眼泪,这代表着数十年的研究成果正式投入使用,我们做研究的就是为了最后能够应用。”

  走出实验室,走向工业化

  刘中民读书时正赶上“科学的春天”。彼时,徐迟的报告文学《哥德巴赫猜想》传遍街头巷尾,其中陈景润钻研科学的精神影响了一代人,也让科研开始在刘中民心中萌芽,希望自己也能有机会攀登科学高峰。
  1979年,在“学好数理化,走遍天下都不怕”氛围下,刘中民考进郑州大学化学系,四年后进入大连化物所读研。
  “迷迷糊糊”,刘中民这样描述学习进阶之路。尽管尚不知自己所学有何用,却也开始慢慢接触煤制烯烃的研究。
  彼时,全球刚经历两次石油危机,石油价格飙升13倍,最高至39美元/桶,不少国家开始思考石油用尽后的对策,并启动了以煤经甲醇制烯烃为主的科技攻关计划。也是这个时候,刘中民所在的大连化物所承担了甲醇制取低碳烯烃(MTO)研究工作,推出“煤代油”方案。
  刘中民进入大连化物所,从小课题开始研究,硕士期间就已经接触国家项目的部分研究,从一名学生到助理研究员再到副研究员,他逐渐感受到科研的魅力,也意识到自己积累的知识最终要解决哪些科学问题。
  1995年夏天,还在上海青浦做试验的刘中民,得知自己成为甲醇制烯烃研究组组长。当年,刘中民仅31岁。
  甲醇制取低碳烯烃是石油危机下的一种尝试,即从煤或天然气出发制取化工产品,以煤代油。刘中民解释,我国“富煤、缺油、少气”,化石能源资源禀赋决定了现阶段以煤为主的能源生产与消费格局。随着国际形势不稳定、不确定性日趋复杂,煤炭是维护我国能源安全最可靠资源。
  1995年,刘中民带领研究组完成了流化床MTO过程的中试运转,次年这一成果获得了中科院科技进步奖特等奖,以及原国家计委、国家科委与财政部联合颁发的“八五”重大科技成果奖。
  “八五”攻关任务收官,大连化物所这一研究并未止步,而是有意由实验室推向工业化,真正实现落地。此后,刘中民带领团队着手研究MTO的工业性试验,并将技术命名为DMTO。
  现实远比想象“骨感”,其间正值国际油价下跌,一度跌至不足10美元/桶。与石油制烯烃相比,煤炭制烯烃的成本太高,这直接影响了DMTO的经济性,企业不愿投资,国家经费也没能拿到。
  研究陷入资金短缺僵局,刘中民没有放弃,在推动技术研发的同时,他四处奔波寻找项目经费。
  直到油价逐步回升,甲醇制烯烃再次被关注,刘中民团队也得到了来自陕西新兴煤化工公司8310万元的投资机会。2004年8月,大连化物所与陕西新兴煤化工公司、中国石化集团洛阳石油化工工程公司合作,各自发挥优势开展合作,共同开发DMTO工业化成套技术。计划在大连化物所中试研究成果的基础上,建设一套年加工1.67万吨甲醇的工业化试验装置。
  将技术由实验室带到工厂,实现“零”的突破
  把技术由实验室带到工厂,不是简单地放大。十几人到上百人,36米高装置,这些对刘中民来说都是个不小的挑战。“如果投产成功了,我们的煤化工出路也就打开了。这一步一旦失败,说明战略方向有问题,会直接影响我们的政策和产业发展。”
  提起这段经历,刘中民坦言,工业性试验时压力最大,“8000多万巨款,一大群人为此努力。我作为总负责人有很大的责任。”
  重压之下,刘中民从未对这一技术产生过怀疑,更多的是担忧安全及环境问题。这些在实验室不太会遇到的问题,走进工厂就需要格外注意,出了问题可能会直接导致项目“夭折”。
  “中途被毙,做了一半等于没做。这样的机会一辈子只有一次,失败了就再也不会有了。”
  刘中民回忆,当时工业性试验装置建在华山脚下,远处经常会传来采矿放炮的闷响声。刚开始每次声响自己都会心中一惊,担心是不是出了什么事。
  时间久了,他会去看装置火炬亮不亮,“只要火炬亮着,我们的装置就没有大问题。”
  刘中民在这样紧张气氛中,不知度过多少个日夜。除了睡觉,基本都在装置现场总结数据、查找问题及原因、关注安全。“一度草木皆兵”,回想当时状态,刘中民称:“我作为负责人,即使内心再紧张也不能表现出来,我必须得给大家信心。”
  经过两年通力合作,2006年,“甲醇制取低碳烯烃技术开发”工业性试验项目取得重大突破性进展,在日处理甲醇50吨的工业化试验装置上实现了甲醇转化率接近100%、低碳烯烃(乙烯、丙烯、丁烯)选择性达90%以上的目标。
  经国家发改委2006年12月核准,世界首套煤制烯烃工厂,在内蒙古包头市的神华集团落定。这是“十一五”期间国家核准的首个特大型煤制烯烃工业化示范项目,也是全球最大的,以煤为原料,通过煤气化制甲醇、甲醇转化制烯烃、烯烃聚合生产聚烯烃的特大煤化工项目。
  2010年8月8日,世界首套DMTO工业示范装置一次开车成功并稳定运转。次年一月,正式进入商业化运营阶段。由此,我国率先实现了甲醇制烯烃核心技术及工业应用“零”的突破。
  第一代技术攻坚之后,刘中民又带领团队继续突破,具备更高烯烃收率的第二代甲醇制烯烃(DMTO-II)技术工业化试验也在陕西华县基地进行着,并在2015年成功投产,DMTO-II的开发进一步巩固了我国在世界煤基烯烃工业化产业中的国际领先地位。
  2020年,第三代甲醇制烯烃(DMTO-Ⅲ)技术通过了科技成果鉴定。DMTO-Ⅲ技术采用新一代催化剂,通过对反应器和工艺过程的创新,不需要设单独的副产的碳四以上组分裂解单元,可实现单套工业装置甲醇处理量300万吨/年以上,吨烯烃(乙烯+丙烯)甲醇消耗可降到2.60-2.70吨。
  目前,DMTO系列技术已累计技术许可31套工业装置(投产16套),对应烯烃产能2025万吨/年,预计拉动投资超4000亿元,全部投产后可实现年产值超2000亿元人民币。
  “双碳”目标开启新征程,“有挑战就想办法破解”
  2020年,我国提出“双碳”目标,煤化工产业所面临的新挑战被推至台前。
  煤炭、石油、天然气三种化石燃料中,煤炭转化相对来说排放二氧化碳最多。某种程度上而言,煤化工发展与减排相悖。目前,我国尚不能完全“去煤化”,如何在“双碳”目标下保障安全与发展,保障产业链完整和供应链稳定,成为研究的新课题。
  刘中民提出煤化工和石油化工协调发展策略,如今两者已非“替代”关系,而是要促进其相互协调,支撑国家发展。
  “现在全世界还处于石油时代,但是我们又缺油,因此要把发展立足在自己的基础之上,减少石油依赖。但发展煤化工也不能立足于把石油化工完全替代,这需要国家在大格局下统筹协调。”他进一步解释称,技术上来看,相较于其他生产方式,煤制醇类、酸类等含氧化合物具有天然优势,这是石油化工很难做到的。未来煤化工领域的重点是以合成气、甲醇转化为平台,耦合石油基原料(苯、甲苯、石脑油等),实现烯烃、芳烃和含氧化合物大宗化学品/燃料的合成技术变革,践行煤化工与石油化工的协调发展,构建更加合理的产业结构。
  对于煤化工的作用和地位,刘中民称,在过渡期煤化工有两个根本职能:一个是作为战略储备,保安全。另一个就是支撑转型发展,保障产业链的完整性和稳定性。
  刘中民表示,“双碳”目标不只是某个产业的问题,而是要从顶层设计上去研究分析。他目前也在和其他领域院士专家合作,试图厘清其中的轻重缓急,搞清楚每一步怎么走。“双碳”目标提出后,光技术路线就提出来上千种,各有各的道理,其中有真有假、有虚有实,但科研人员不能做假事、虚事,要做真事实事。
  对于挑战,刘中民并不担忧,“我们做研究本身就是面对各种挑战,既然有挑战就想办法破解,科研人员从不怕挑战。”
  为了更好地服务于国家战略,刘中民参与了中科院“十四五”能源规划、中科院“双碳”战略行动计划、“双碳”重点专项任务。“作为一个科技工作者要关注国家这些大事和形势发展,要做好参谋,提出正确的意见和建议。”
  最近,刘中民和他的同事频繁往返于大连与榆林,其团队历时十年科技攻关的50万吨/年煤基乙醇工业装置将正式投料试车工作,这一项目成功投产意味着乙醇生产迈入大规模工业化时代。“乙醇是世界公认的清洁环保燃料、油品质量改良剂,此前乙醇主要来源于粮食,受产量限制,不能普遍使用,如果从煤中来,对于我们的粮食安全和环境保护都有一定的好处。”
  对于未来研究计划,刘中民称应该注重培养年轻人做事,“什么年纪做什么事,退休前就把接力棒交给年轻人,一代更比一代强,要相信年轻人,给他们更多机会。”
  匠心解读
  如何理解匠心精神?
  匠心精神如何坚守,如何传承?
  刘中民:大胆探索,精益求精,追求完美。
  我们的技术从投产到现在已经发展到第三代了,我们还在不断探索,新技术还可能会把自己以前的技术给否定掉,总体上还是要持续不断地追求进步。
  匠人心声
  什么时候是你认为最艰难的时候?能够坚持下去的原因是什么?
  刘中民:我没有因为科研而苦恼的时候,可能会遇到一些问题和一些困惑,那就琢磨怎么解决。我有时候解决这些问题,是睡觉做梦想出来的,梦醒了就赶紧拿笔记下来。
  面对挑战去解决问题,本来就是我的职业特点,科研工作的基本素质要求就是不怕挑战,所以也不存在很苦恼的情况,有时候会表现出来有困扰,但不是内心的苦恼。
  你希望未来还取得怎样的成就,对于未来有怎样的期待?
  刘中民:科研是我的主业,但我的年龄不断增大,接下来应该注重培养年轻人,让我们的团队持续做更多更大的事。培养不是一个简单的活,不是拔苗助长,而是需要用实际的事情去锻炼,实战中成长。
  技术上,我们关注的煤化工和石油化工协调,实际上是有技术对应的,我们主要盯基础化学品,合成气直接制烯烃、芳烃等新技术正在快速突破,接下来准备把一批新技术陆续投入工业化,相信很快就会实现。
  你感觉你获得的最大的快乐是什么?
  刘中民:科研让我快乐,科研是对未知事情的认识,探索现象背后的科学规律。我们有可能会突发奇想,用科学知识很轻松地去解决一个很困难的事儿。所学能有所用,这时候就会有成就感和愉悦感。如果技术最终能为国家所用,就会更快乐。



张绍强:民用煤清洁利用的障碍与机制

小编的话:

  2019中国农村清洁取暖高峰论坛暨清洁取暖县长论坛于3月22日在河北廊坊召开。论坛以“因地制宜,科学规划,推进农村清洁取暖可持续发展”为主题,紧扣《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021年)》、《乡村振兴战略规划(2018-2022年)》展开,与会人员围绕农村清洁取暖可持续发展、因地制宜推进农村新能源体系建设、清洁取暖政策规划等议题进行了交流。中国煤炭加工利用协会张绍强理事长应邀在论坛发表了演讲,着重阐述了我国当前民用散煤利用现状、存在问题、新技术推广应用取得的成效和存在的障碍,并呼吁国家有关部门在相关政策方面给予支持。今天,小编为大家带来报告全文,供各位学习。了解更多信息欢迎点击上方关注微信号“煤炭加工与综合利用”。


民用煤清洁利用的障碍与机制

张绍强


  2018—2019年采暖季总算“平静”的过去了,可能大家对上一采暖季“跑步取暖”的极端场面还历历在目。这个秋冬季的“雾霾”天数明显减少、PM2.5“爆表率”大幅降低,中东部地区尤其是京津冀地区大气环境得到了明显改善,令人欣喜。这一方面印证了减少散煤无节制消费和改变不清洁的燃烧方式确实对防治大气污染具有重要作用,另一方面也证明了一味抱怨煤炭这个“背锅侠”确实也很冤枉,煤炭只要清洁化利用,控制住污染不是很困难的问题。

  根据统计资料和行业掌握的情况分析,2018年我国煤炭的消费总量比最严厉的“一刀切去煤化”的上年同期净增了1.6亿t,虽然拼尽蛮力经过2个采暖季跨3个年度的“煤改气”、“煤改电”和严格的限煤措施,这个采暖季民用散煤消费总量实际削减只有1 600万t左右,在我国整个煤炭消费总量里差不多只是“毛毛雨”。据我们的典型调研了解,上一采暖季已经完成“煤改气”、“煤改电”的偏远中小城镇和农村地区用户,这个采暖季又“返煤取暖”现象比较普遍,也正因为“宜煤则煤”的政策调整和散煤清洁化利用的共同作用,以及多策并举、多能互补实事求是的精准施策,才使得这个冬季取暖民怨没有沸腾、雾霾也得到了较好的控制。

  说到中国的能源,现阶段的话题还离不开煤炭。高喊“去煤化”、“弃煤化”、“减量替代”,甚至马上要“革煤炭的命”,都不是实事求是的做法。在2018年全社会能源消费增量1.5亿t标煤里,在“减煤和环保”双重高压政策下,煤炭增量还是占了消费增量的大多数(1亿t标煤),事实也证明其他所谓的清洁能源还没有发挥多大的代煤作用,不能想当然。

  反观被寄予厚望的“清洁能源-天然气”。天然气本身的优势毋容置疑,NOx排放量大的问题暂且不提。但是这些希望的基础必须是建立在有足够的天然气保障供应的大前提下,气源是“刚需”,打不着火就要吃生食,就要“跑步取暖”。

  2017年我国天然气表观消费总量2 373亿m3;2018年2 766亿m3,比2017年净增393亿m3,按照折标算,仅相当于增加了5 300万t商品煤,可是投入的人力、财力以及消费者付出的成本,远远超出3倍的概念。在电力消费增量保障中,风能、光伏等清洁能源发电也还没有起到支配性的作用。

  能源革命是人类社会进一步发展的大趋势和新要求,我国能源转型发展和能源消费结构调整要抓紧推进,我们都期待高碳化石能源能早日被替换和淘汰,但是理想很丰满,现实很骨感。我国人口这么多、经济总量这么大,而且尚处于发展中,能源消费是“刚需”,必须实事求是、多策并举、稳步推进,不宜操之过急。污染治理也是一个漫长的过程,不要指望立竿见影、期待快刀斩乱麻,不接地气的政策措施很难持续。

  针对“民用煤清洁利用的障碍与机制”的主题,我谈几点意见与大家商榷:

  一、由于我国能源资源禀赋的限制,中短期内我国经济社会和民生能源绕不开煤炭、离不了煤炭,只有在循序渐进、稳步推进“清洁能源替代”的同时,加大、加强、加快推动煤炭清洁利用才是务实的办法,不能漠视更不能扼杀。“革煤炭的命”还为时过早。

  根据最新的资料,经过近些年对石油天然气的高强度开发,在我国已探明的能源矿产资源总量中,煤炭占比已经高达97%以上,石油、天然气探明资源量占比在进一步下降。2018年我国天然气自产1 610亿m3,进口1 254亿m3,表观天然气消费总量2 766亿m3。看起来数字很大,容易造成误解。按照天然气最理想的热效率计算,事实上2018年自产的1 610亿m3天然气仅相当于2亿t不到的商品煤的总能效,全年消费的2766亿m3天然气只相当于3.75亿t商品煤的总能效而已,还不到全国煤炭消费总量的10%。但是天然气对外依存度已经上升到45%,其增长率大有追赶石油对外依存度70%之势。我国天然气的进口来自哪里?最近的管道天然气来自中亚、南亚、西亚和俄罗斯,管输距离动辄5 000~6 000 km;进口的LNG大量来自北极、澳洲、南北美州,都在10 000 km以上,LNG运输船跑一趟也得一二个月。把我国如此巨大体量的能源需求全部依托在国外进口上,其保障是何其脆弱、其政治、经济、外交、军事和消费成本是何其高昂。

  立足我国自有的资源才是最靠谱、最踏实的选项,煤炭没有必要去强调曾经的辉煌和贡献,也没有必要寻求同情和怜悯。只有把我国丰富的煤炭资源管好、用好,发挥好资源优势,扬长避短、趋利避害才是明智的选择和长远可持续的办法。

  二、我国的煤炭清洁高效利用技术门类很多,发展很快,效果十分显著;但是发展的还很不够,还要继续努力,迫切需要全社会的理解和支持,特别是管理部门要给予煤炭清洁高效利用改进、发展、提高的机会和时间、空间上的支持。

  燃煤污染问题客观存在,所以我国一直十分重视煤炭清洁高效利用工作。各种清洁利用技术和装备持续研发、不断涌现,大量示范和推广事实证明,煤炭是完全可以实现清洁高效利用的,煤炭并不是环境污染“癌症”。

  造成燃煤严重污染的根源,是由于流通和环保监管不力、用户放任、消费者任性的共同作用引起的。我国燃煤数量巨大,燃煤器具大多原始落后,烟气排放无人过问,散煤掺杂使假成风,家家烧煤、遍地冒烟到了泛滥的程度。优质的好煤、好的燃烧技术和设备得不到推广使用。一到“雾霾”来了、PM爆表了,政府管理的手段就是行政命令,要求马上立竿见影,病急乱投医,动不动来个“一刀切”。冰冻三尺非一日之寒,漠视日常的煤炭清洁利用工作,出了问题把责任一股脑儿全部怪罪在“煤炭”头上是不讲道理的。大米白面再好,没搞好食品卫生、没控制好摄入总量,吃多了也会积食生病,由此而去怪罪大米白面是不对的。

  我国目前煤炭清洁高效利用技术的进展,涉及的领域比较多,下面简单介绍一下。

  原煤清洁化方面

  2018年我国原煤入选率达71.8%,入选总量超过26亿t。我国的选煤技术、选煤工艺、大型装备都达到世界最先进水平,只要市场需要,用户提出煤质要求,都可以进行定制化生产。全国2/3以上的商品煤都是在出厂前就按照品种质量分选好的,怎么一到市场上就劣质煤泛滥,连我们从事全国选煤工作的同志都一头雾水,值得市场流通监管系统深思。

  我国燃煤发电

  接近70%的装机已经实现“超低排放”,而且还在向超洁净方向发展,其法定污染物排放比天然气发电的排放标准还要好得多。按照国家要求到2020年100%大中型燃煤发电机组都必须实现“超低排放”和能效提升,基本彻底解决了燃煤发电的污染问题,过去认为燃煤发电污染是“不治之症”,现在已经较好解决。

  我国的现代煤化工技术和产业

  虽然起步不到十年,但煤化工产业取得的成就震惊世界,其清洁化程度、其烟气超低排放水平都很高,绝不亚于最好的油气化工企业的清洁生产和环保排放水平。大家耳熟能详的煤制油、煤制气、煤制烯烃、煤制甲醇二甲醚、煤制乙醇、乙二醇、芳烃示范企业的水平都很高,水耗、能耗、污染物排放水平都大幅度下降,实现了超低排放,绝不再是前些年某些舆论所描述的那样不堪。

  传统煤化工和炼焦行业,以及新出现的低阶煤热解分质分级利用行业(兰炭),都在不遗余力的进行技术研发和绿色升级改造,也在努力实现超低排放。装备、工艺技术都在不断的完善和提高,超低排放是标杆,只要有要求、有需求、有时间,就一定能办到。

  仅是燃煤发电和大型现代煤化工这两大领域,就已经解决了我国70%的煤炭消费清洁化问题。我国现代煤化工示范项目的发展,还为国家的油品能源战略安全保障增加了不小的底气,这是走“中国特色”自主创新闯出来的一条“好路”。

  散煤的清洁利用

  对散煤利用的治理,虽然是个“硬骨头”,但也不是 “不治之症”,我国已经研发示范成功了一批好的技术、好的装备,也实现了超低排放的水平,同样验证了“散煤污染”问题完全可以治愈。散煤利用涉及的范围比较广,分工业用和民用两部分,现分别做简要介绍:

  一是大中型工业锅炉,包括集中供热供暖锅炉。这部分锅炉全国有47万台之多,总蒸发量近300万蒸吨。工业锅炉用煤相对比较集中,完全可以走超低排放的道路。最新研发成功的中小型水煤浆流体化燃料与循环流化床锅炉配合,配套简化的烟气净化设施把关,很容易就实现了超低排放。新型的技术,现成的装备,投资也不大,运行成本也不高,燃料的生产、运输、储存全部密闭,锅炉运行完全智能化控制,排放标准完全达到改烧天然气的排放水平,已有不少示范工程实现了这一目标,综合成本只有“改气锅炉”的1/3,燃料费用都不需要财政补贴,是一项很好的清洁化方案。详见表1。

民用煤清洁利用的障碍与机制

  二是工业窑炉用燃气。研发成功的中小型兰炭固定床无排放连续气化炉,很容易就解决了窑炉燃气供应问题,无污水,无焦油,配合窑炉烟气净化控制系统,比较容易就实现了超低排放。详见表2。

民用煤清洁利用的障碍与机制

民用煤清洁利用的障碍与机制

  工业锅炉、窑炉燃煤污染控制问题,关键是要认真研究,也要允许人家研究,这才是治理的最佳方案。如果强行“统统枪毙”了,也就没有机会去实践、去检验、去改进和完善。如果简单粗暴不让治疗,不是癌症也要死掉。

  三是民用散煤。这是大家都觉得最头疼的部分,其实已有很好的改进措施,就是“好煤配好炉”方案。虽然目前看来做不到“超低排放”,其实也没有必要家家户户搞“超低排放”治理,因为过于分散,性价比太差。

  新的办法,一是采用民用兰炭配兰炭专用炉具;二是采用兖矿蓝天公司改性固硫抑尘型煤配解耦炉灶的新型高效炉具,相比传统的“老土灶正烧炉”,它们的排放可以降低80%以上,能效提高20~30个百分点,节煤近1/3,详见表3和图1。虽然型煤和兰炭单价高一些,但是从节约的燃料量中差不多就可以补齐差价。对不具备集中供热供暖和“煤改气”、“煤改电”或者经济承受能力有限的偏远小城镇、机关办公楼、中小工厂、学校、幼儿园和广大农村地区分散农户、农家大棚、养殖场所,是非常好的散煤清洁化取暖方案。设备投资不大,燃料几乎不需要财政补贴,供暖舒适性也要好得多。前两年强迫这些地方改气、改电很难持续,财政负担沉重,老百姓消费成本高,民怨较大,不少农户改完之后这个冬天又“返煤取暖”。

  因为民用散煤总量并不是很大,环境能容纳,不要过度听信“民用散煤排放比燃煤电厂污染物排放高10倍”这样耸人听闻的言论,只拿排放强度比、不拿排放总量对比是不客观的,包括宣传PM2.5有如毒气一般、碳排放如洪水猛兽等,恶意夸大渲染,容易误导决策。几种典型煤基燃料与典型民用新型炉具燃烧排放对比见表4。

民用煤清洁利用的障碍与机制

  在这里我想提出如下看法:

  一是现行的《高污染燃料目录》存在瑕疵,实施燃煤超低排放了还是“高污染燃料”吗?应该是《需要严格控制污染的燃料目录》才对,该政策存在定位不准、导向偏差、唯成分论,管理的着力点应该放在控制烟气排放上。

  二是“禁燃区划分”政策应当科学细化。“2+26”城市大气污染防控被扩大成“2+26”个行政区域“禁煤”,各个行政区内都有大量的偏远山区和经济欠发达乡镇村落,应当更科学、更细化,否则只能是弄虚作假,最后又不了了之。

  三是“限煤”政策,引起不少地方发改委(局)、环境管理等部门生硬应对,泥沙俱下,拒绝一切“涉煤燃料”清洁高效利用项目,严重挫伤开展煤炭清洁高效利用研发示范和推广应用的积极性。人为加重“缺能”、“缺气”、“缺电”问题,影响地方经济发展和人民生活水平的提高。建议有关部门把煤基清洁化燃料产品暂不计入当地耗煤考核总量指标,减轻地方管理部门的心理压力。

  三、我们有决心、有信心,也有技术可能性,在不远的将来彻底解决煤炭的清洁利用问题,走出一条中国独创、具有中国特色的煤基能源清洁发展道路,而且是事半功倍,不受制于人的发展道路。

  我国地域辽阔、人口众多,东西南北气候差异大,经济发展也不平衡。但是能源是发展经济、改善民生的基础条件,是“刚需”。未来二三十年内我国的基础能源还只能靠煤炭。虽然我国煤炭清洁高效利用工作已经取得了很大的进展,但是还不尽如人意,加大、加强、加快煤炭清洁化利用技术研发是我国的国情,是现实的办法。全社会所有燃煤用户、耗能用户都要行动起来,共同努力。

  目前,各种煤炭清洁高效利用技术和装备在不断涌现,都有较好的节能、提效、减排效果,一些更新型、更先进的技术都在不断露出“苗头”,只要政策给予一定时限的“发展空间”和资金、人力物力的支持,集中力量办大事,相信依靠我国广大科技工作者和工程技术人员的聪明才智,一定能够最终解决好我国的煤炭清洁高效利用,包括碳排放问题。比如CO2矿化发电、煤炭深层地下气化、CO2循环利用、水煮煤、碳埋藏等项目都在开展试验。

  就民用清洁煤基燃料和高效炉具而言,在座的各位大部分都是从事这方面工作的专家和管理人员,希望大家顺应新时代、新要求,不断加大研发投入和新型炉具的推广应用力度;转变发展理念,主动作为,主动停止生产和淘汰老旧低效高排放炉具;要在尊重知识产权的基础上,大胆引进新技术,尽快全面提升我国民用煤基清洁化燃料和新型高效低排放炉具的技术水平。(《煤炭加工与综合利用》2019年第04期)


刘在堂:神木兰炭清洁取暖实践情况

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基本情况



刘在堂:神木兰炭清洁取暖实践情况


兰炭,学名半焦,是无粘结性或弱粘结性的中高挥发分烟煤,在中低温条件下干馏,析出煤焦油、煤气后得到的一种固体炭质产品,已广泛应用于电石、铁合金、工业造气、钢铁冶炼以及民用等领域。兰炭产业是神木、榆林地区的特色产业,实现了煤炭资源向固态、液态、气态三种能源的高效转化,是国家鼓励的煤炭分质分级、绿色高效利用的模式之一,也是神木榆林新时期煤炭供给侧结构性改革的积极实践。


刘在堂:神木兰炭清洁取暖实践情况


神木,位于陕西省北部,秦晋蒙能源金三角腹地,县域内蕴藏着丰富的煤炭、铁矿石、石英砂、岩盐、天然气等资源,其中煤炭探明储量达500亿吨,占全国总储量的十二分之一,2017年4月10日经国务院批准,撤县设市。神木地区低阶煤储量丰富,煤质挥发份高,非常适合分级提质利用,依托本地区优质煤资源逐步发展起来的兰炭产业,是目前公认的最经济、最高效的低阶煤分质分级利用模式,兰炭也是国家煤炭绿色高效利用的重要组成部分。

刘在堂:神木兰炭清洁取暖实践情况

神木建设有8个兰炭工业集中区,形成多条完整的循环产业链,建成46户年产60万吨及以上规模兰炭生产企业,年总产能3150万吨。2018年兰炭产量2204万吨,占全国兰炭产量的40%以上。


刘在堂:神木兰炭清洁取暖实践情况

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神木兰炭具有固定碳高、化学活性高、比电阻高、灰分低、硫低、磷低、铝低以及污染物排放低的特性。其固定碳:80-90,发热量:6000-7000,挥发分:6%-13%,灰分:7%-13%,全硫:≤0.4%,磷:<0.01。兰炭分为大料、中料、小料、焦末。


刘在堂:神木兰炭清洁取暖实践情况

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兰炭燃烧排放的PM2.5、致癌物有机碳(OC)、致霾物元素碳(EC)三项指标较烟煤均下降90%以上,与无烟煤接近;兰炭燃烧排放的SO2较烟煤降低57%,优于无烟煤。



政策支持



政策支持方面,一个是国家层面,原国家环保部在《民用煤燃烧污染综合治理技术指南》中指出,在煤炭资源丰富、经济条件较好且污染严重的地区优先选用低硫、低挥发分的无烟煤、型煤、兰炭和民用焦炭;国家发改委、国家能源局在《煤炭工业发展“十三五”规划》也指出,里面也把兰炭列了进去,加强散煤使用管理,积极推广优质无烟煤、型煤、兰炭等洁净煤。


2014年以来,神木政府务实推广,兰炭作为治霾利器逐渐得到国家、各地政府、专家以及广大居民的一致认可。2015年北京密云、昌平区开始使用兰炭,2016年,北京市继续补贴兰炭和炉具使用,密云、昌平、丰台、延庆、房山等8个区公开招标采购兰炭约30万吨。2016年,河北省共采购兰炭约300万吨。淄博2016年采购兰炭及洁净型煤共计60万吨,济宁33万吨。渭南市企事业单位、学校采暖也开始使用兰炭。江苏、辽宁、四川、吉林等地纷纷采购兰炭作为清洁燃料用于民用散烧、小型锅炉。




应用案例



刘在堂:神木兰炭清洁取暖实践情况


在应用案例方面,主要就是兰炭加专用炉具,已经应用在民用小锅炉、中小锅炉、电站锅炉、兰炭工业气化炉等方面,在民用炉具方面,兰炭有很高的发热量,普通炉具里面的炉箅子很容易烧坏,因为它热量大、温度高、尤其是个别的农户老百姓他不习惯掏灰,灰堆起来炉箅子很容易就烧坏,所以在使用兰炭上,一定要专用使用兰炭炉具,可以使热效率转换成78%。中小锅炉方面,神木兰炭同易暖、孟氏锅炉、旺家等炉具企业合作开发兰炭中小锅炉,在辽宁、河北、江苏等地广泛应用,作为治霾利器逐渐得到社会各界认可。


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民用小锅炉

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中小锅炉

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电站锅炉

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兰炭工业气化炉



存在问题



近年来在兰炭推广中,也出现了不少问题。一是老百姓不了解兰炭的清洁性,认为其等同于散煤,却不知道兰炭的发热量高于普通烟煤。虽然价格略高于烟煤,但若采用更节能炉具,经济性并不高于烟煤;二是部分地方对禁煤工作期望值较高,希望一步到位,达到电和气的全面应用,对“炭”不敢大胆放开使用;三是兰炭在生产过程中受到的因素较多,产品质量时有波动,质量管理有待加强;“兰炭+专用炉具”的联合推广力度不够,市场有待进一步开发。



努力方向



针对民用兰炭近年来推广的实践情况来看,整体效果良好,确定了我们今后努力的方向。下一步我们将扩大兰炭生产,保证市场供应。进一步扩大释放产能,推进转型升级工作,保障市场兰炭需求量。加强品牌建设,维护消费权益。建设好“神木兰炭”国家地理标志证明商标管理机制,并为民用兰炭购买质量保证保险。加强企业标准化建设,维护品牌形象。加大市场营销。扩大市场应用。加强与炉具协会的合作,联合推广兰炭+节能炉具。加强与重点用户的合作,保证质量,建立信誉,保障民生。


本文内容根据现场录音整理。


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