淺談潔凈煤技術(shù)在我國的研究發(fā)展

1、淺談潔凈煤技術(shù)在我國的發(fā)展摘要 本文主要講述了我國發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)的重要性和緊迫性, 綜述了我國重點(diǎn)研究的幾種潔凈煤技術(shù)的進(jìn)展情況。并指出了目前尚存在的問題，最后對(duì)我國潔凈煤技術(shù)的發(fā)展作了展望關(guān)鍵詞 潔凈煤技術(shù) 技術(shù)分析 發(fā)展前景一、前言隨著人類環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益增強(qiáng), 以高新技術(shù)為依托的潔凈煤技術(shù)已成為當(dāng)今世界的重大課題, 受到各國政府的高度重視, 得到了前所未有的發(fā)展。至1993年底, 美國已經(jīng)花費(fèi)69億美元, 實(shí)施了40項(xiàng)示范項(xiàng)目并取得了重大進(jìn)展: 繼美國之后, 歐共體、日本等主要發(fā)達(dá)國家相繼制定了各自的潔凈煤技術(shù)計(jì)劃。我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國, 潔凈煤技術(shù)得到了應(yīng)有的重視,1

2、994年3月召開了中國潔凈煤技術(shù)發(fā)展研討會(huì), 煤炭科學(xué)研究總院成立了煤炭工業(yè)潔凈煤工程技術(shù)研究中心。本文在介紹潔凈煤技術(shù)主要內(nèi)容的基礎(chǔ)上, 闡述我國發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)的重要性和緊迫性, 綜述了我國重點(diǎn)研究的幾種潔凈煤技術(shù)的進(jìn)展情況。二、我國發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)的重要性我國是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國家。在1993 年1月召開的“ 煤和褐煤清潔有效地利用及其對(duì)能源環(huán)境和生活的作用”第二屆國際會(huì)議上，國內(nèi)外專家一致認(rèn)為, 根據(jù)我國國情, 在未來的50年內(nèi)，中國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)改變, 而且煤炭在未來能源系統(tǒng)中的地位將更為重要目前我國原煤年產(chǎn)量已達(dá)12億噸, 占世界第一位。我國煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)與發(fā)達(dá)國家

3、不同, 呈多元化格局。以1992年為例, 發(fā)電31 %, 工業(yè)和取暖鍋爐%, 民用20 %, 冶金8 %, 工業(yè)窯爐3 % , 出口2 % , 其它6 %。而發(fā)達(dá)國家的煤炭主要用于發(fā)電, 19 91 年美國用于發(fā)電的煤占8 7 %, 英國7 6 % , 加拿大9 6 %, 德國6 3 %,因此, 這就決定了除類似國外開發(fā)以發(fā)電為主的潔凈煤技術(shù)外, 我國還必須開發(fā)適用于多種用途的其它潔凈的煤轉(zhuǎn)化利用技術(shù)。我國煤炭利用技術(shù)起點(diǎn)低, 環(huán)境污染嚴(yán)重, 主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面: (1) 煤礦多達(dá)8 萬余個(gè), 分布在1349個(gè)縣, 采煤技術(shù)落后, 煤炭資源的利用率只有50% 左右, 尚有一半左右的煤炭被遺

4、棄在地下不能利用。初步估計(jì), 到目前為止遺棄在地下的煤約200億噸以上; (2 )原煤入選量低, 1992 年僅2 億噸, 占當(dāng)年產(chǎn)量的18.4 % , 而國外一般為4 2 % 一100% ; (3) 煤層甲烷利用程度低。目前我國每年因煤炭生產(chǎn)而釋放的煤層甲烷氣高達(dá)6 0 億m2 占全世界煤層甲烷排放總量的30 % , 利用率僅7 % 一8 %, 美國則達(dá)到90 % 以上; (4 )煤的燃燒方式落后, 煤炭利用率低。美國、日本等國以粉煤燃燒為主, 我國則以層狀燃燒為主。我國鍋爐平均效率僅為58% , 比發(fā)達(dá)國家低15% 一20% ; 窯爐平均熱效率25 %, 比發(fā)達(dá)國家約低10 % ; 民用灶

5、爐的平均熱利用率只有15 % 一18%。上述燃燒方式的煤炭利用平均效率為2 9 % , 比世界平均水平低10 %，比發(fā)達(dá)國家低25 % 一28 % ; (5) 煤系廢棄物排放量大,利用程度低, 造成大量積壓和對(duì)環(huán)境的污染。煤研石的排放量已達(dá)7500萬噸/ 年, 歷年積存量近10 億噸;爐渣的排放量至少有2 億/年。從現(xiàn)在起我國因火力發(fā)電而產(chǎn)生的粉煤灰到本世紀(jì)末累計(jì)將達(dá)6 億噸,僅此一項(xiàng)占地面積就會(huì)增加至50 萬畝, 并將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此, 在我國大力開發(fā)應(yīng)用潔凈煤技術(shù)應(yīng)是當(dāng)務(wù)之急。三、潔凈煤技術(shù)分析1. 工業(yè)型煤技術(shù)研究結(jié)果表明, 根據(jù)環(huán)境特性、節(jié)能率、成熟度和經(jīng)濟(jì)性四項(xiàng)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)和

6、排序, 型煤技術(shù)得分最高。目前我國民用型煤技術(shù)已達(dá)國際水平, 實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。工業(yè)型煤也有一定生產(chǎn)規(guī)模, 比較成熟并得到工業(yè)化應(yīng)用的成型技術(shù)有石灰碳化煤球、清水煤球、粘土煤球、腐殖酸煤球及紙漿一粘土煤球等: 在目前運(yùn)行的800余套型煤生產(chǎn)線中, 采用最多的是石灰碳化煤球技術(shù), 其次為煤棒技術(shù)。但我國工業(yè)型煤技術(shù)開發(fā)仍處于分散的低水平重復(fù)狀態(tài), 特別是粘結(jié)劑的開發(fā)還很薄弱, 而國外型煤加工早有成熟技術(shù), 已開發(fā)出拍0多種粘結(jié)劑, 1971年日本機(jī)車型煤就已達(dá)到用煤總量的7 9 %,1992年德國褐煤磚產(chǎn)量達(dá)12.1 兆噸。與之相比, 我國應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工業(yè)型煤的開發(fā)研究和推廣應(yīng)用.我國化肥、化工、冶金等

7、領(lǐng)域多以塊煤為原料, 采用煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)合成氣及工業(yè)燃?xì)? 僅化肥造氣年需無煙塊煤就高達(dá)35兆噸。隨著采煤機(jī)械化程度的提高, 塊煤率下降, 僅占采煤量的2 0 % 左右, 造成塊煤供不應(yīng)求, 大量粉煤積壓的局面。因此急需利用粉煤開發(fā)氣化用型煤代替無煙塊煤, 目前的關(guān)鍵是研制來源廣、適應(yīng)性強(qiáng)、廉價(jià)、防水的粘結(jié)劑和提高型煤的熱態(tài)性能。2、水煤漿技術(shù)水煤漿技術(shù)可以大量利用粉煤、消除粉塵污染, 實(shí)現(xiàn)了無需化學(xué)轉(zhuǎn)化, 只經(jīng)物理加工即可達(dá)到以煤節(jié)油、代油的途徑, 它經(jīng)過70年代末和80年代初的中期實(shí)驗(yàn)室階段, 于80年代后期開始步入工業(yè)化。目前我國和美國、瑞典、加拿大、獨(dú)聯(lián)體、法國、意大利、日本等二十多個(gè)

8、國家擁有此項(xiàng)技術(shù)。瑞典開發(fā)此項(xiàng)技術(shù)最早,技術(shù)先進(jìn), 主要從事研制開發(fā)超低灰、潔凈煤漿并應(yīng)用于低速柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī); 向國外輸出成套水煤漿制備和燃燒技術(shù)最多, 主要輸出到日本、中國、美國等國家。日本擁有目前世界上規(guī)模最大的水煤漿燃燒試驗(yàn)基地, 水煤漿重點(diǎn)應(yīng)用于大型火力電站鍋爐。獨(dú)聯(lián)體是目前世界上規(guī)模最大的水煤漿制備一管道輸送一鍋爐燃燒三位一體化工程的擁有者, 美國則在眾多的燃油電站和工業(yè)鍋爐上積極推廣應(yīng)用水煤漿技術(shù)。我國水煤漿技術(shù)急需進(jìn)一步解決的主要問題是,建立規(guī)范化、統(tǒng)一的水煤漿靜、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的測(cè)試及評(píng)價(jià)手段; 開發(fā)新型、高效、價(jià)廉、適應(yīng)性廣的制漿添加劑和漿體穩(wěn)定劑; 探討添加劑降粘作用原理與

9、煤種間的相互匹配規(guī)律性等。3、煤的氣化液化技術(shù)煤氣化后既可作為燃料, 又是多種化工產(chǎn)品的原料氣, 能夠提高煤炭利用率, 以發(fā)展民用的城市煤氣為例, 1 噸煤氣化后供炊事用, 相當(dāng)于1.51.9噸煤直接燃燒的效果。如果全國供城鎮(zhèn)的1.52億噸民用煤中, 有3000萬噸煤用來氣化供作城市煤氣, 則可節(jié)約1500萬噸煤, 同時(shí)對(duì)環(huán)境污染亦將有很大改觀。目前我國煤炭氣化技術(shù)的發(fā)展方向?yàn)? (l) 煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電技術(shù)的起步, 國內(nèi)正致于力于IGCC工藝的研究, 其中采用流化床氣化作為煤氣化主要工藝,將來還要與增壓流化床燃燒相結(jié)合, 使之達(dá)到第二代IG CC 的水平, 最近已獲得聯(lián)合國開發(fā)

10、計(jì)劃署的援助, 進(jìn)行熱煤氣脫硫技術(shù)的研究。(2) 煤泥漿氣化技術(shù)的開發(fā)。我國目前每年產(chǎn)生近1000萬噸煤泥, 有些煤泥熱值較高, 以山東南屯煤礦煤泥為例, 如用煤泥漿代替精煤制漿作德士古氣化原料, 由于省去了磨煤工序, 可以降低煤漿成本的50 %。用煤泥漿加壓氣化所得合成氣質(zhì)量好, 主含CO 和H2, 少含甲烷, 三廢處理簡(jiǎn)單, 可以節(jié)約大量優(yōu)質(zhì)煤炭。煤炭液化技術(shù)分為直接液化和間接液化, 其目的是由煤生產(chǎn)潔凈的優(yōu)質(zhì)輕、中質(zhì)運(yùn)輸燃料和芳烴化工原料。(1) 我國煤炭直接液化技術(shù)的研究開發(fā)。我國自1980 年重新開展煤炭直接液化技術(shù)研究, 北京煤化學(xué)研究所開展國際合作, 已建成具有先進(jìn)水平的煤炭液化

11、油品提質(zhì)加工和分析檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室, 建有三套煤連續(xù)液化試驗(yàn)裝置, 取得了一系列科研成果, 為深入進(jìn)行基礎(chǔ)研究和工藝開發(fā), 設(shè)計(jì)大型煤直接液化工廠奠定了基礎(chǔ)。(2 )我國煤炭間接液化技術(shù)的研究開發(fā)。從80年代開叻臺(tái), 中科院山西煤化學(xué)研究所開發(fā)了MFT合成汽油新工藝, 其基本流程是將傳統(tǒng)的FT 合成與選擇型分子篩相結(jié)合的的改進(jìn)兩段FT合成。主要特點(diǎn)一是以煤基合成氣為原料; 二是將傳統(tǒng)的FT合成寬餾分烴類(C 1一C40 ) 縮小到(C1一C12 :) , 其中汽油餾分占70% 一80 % , 且質(zhì)量好, 辛烷值可達(dá)90以上; 三是產(chǎn)品分布可調(diào)性大, 在合成汽油的同時(shí), 可考慮多途徑聯(lián)產(chǎn)煤氣、高級(jí)硬蠟

12、、化肥等方案, 具有較好的經(jīng)濟(jì)效益; 四是工藝流程簡(jiǎn)單, 操作條件溫和, 技術(shù)比較成熟, 適于中小型規(guī)模工業(yè)化, 為我國多煤少油地區(qū)的煤炭能源轉(zhuǎn)化開辟了一條切實(shí)可行的有效途徑。1985年和1989年相繼完成了MFT法合成汽油的工業(yè)單管模式和中間試驗(yàn), 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1600小時(shí), 產(chǎn)物合成油收率可達(dá)100克/ 標(biāo)準(zhǔn)立方米以上。經(jīng)工業(yè)放大的一、二段催化劑, 活性高、性能好, 目前正在進(jìn)行規(guī)模為2000噸/ 年的工業(yè)性試驗(yàn), 并考慮進(jìn)行工業(yè)示范廠的可行性研究。4 、潔凈煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)我國每年用于發(fā)電的煤炭約占煤炭年產(chǎn)量的1/4, 煤炭的潔凈利用已引起煤電行業(yè)的重視。目前煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)、增

13、壓流化床聯(lián)合循環(huán)(PFBC)和補(bǔ)燃增壓流化床聯(lián)合循環(huán)(ZGPFBC) 都具有高效率、低污染的優(yōu)點(diǎn), 是很有發(fā)展前途的潔凈煤技術(shù)的發(fā)電方式。在技術(shù)上它們相輔相成, 在特點(diǎn)上是各有所長,在投資上IGCC略高于PFBC。目前各類潔凈煤發(fā)電技術(shù)處在商業(yè)示范和開發(fā)階段, 我國應(yīng)解決技術(shù)和資金兩大問題, 采取引進(jìn)技術(shù)和外資的方式, 不失時(shí)機(jī)地加速發(fā)展我國的高效、清潔的燃煤發(fā)電技術(shù)。四、我國潔凈煤技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題1、缺乏鼓勵(lì)企業(yè)發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)產(chǎn)業(yè)的激勵(lì)政策。國家至今還沒有國立發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)的政策，原有的有關(guān)鼓勵(lì)煤炭企業(yè)發(fā)咋還能廢棄物利用的法規(guī)已不能滿足需要，急需完善相應(yīng)的法律法規(guī)。2、潔凈煤技術(shù)的

14、市場(chǎng)還不規(guī)范。長期計(jì)劃經(jīng)濟(jì)形成的煤炭產(chǎn)、供、銷、用關(guān)系在市場(chǎng)突然放開的沖擊下，運(yùn)輸、經(jīng)營等跟不上市場(chǎng)變化的需求，引出一系列問題。一方面煤炭加工產(chǎn)品市場(chǎng)不旺，絕大多數(shù)動(dòng)力煤未經(jīng)加工就進(jìn)入市場(chǎng)，另一方面不少用戶反映煤炭加工粗放、商品煤質(zhì)量和品質(zhì)供求不對(duì)路，燃煤污染嚴(yán)重。調(diào)整和理順煤炭生產(chǎn)、加工、銷售、配送供應(yīng)體系，建立適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)作的煤炭產(chǎn)、供、銷新格局，全面提高我國煤炭生產(chǎn)、銷售水平非常重要。五、我國潔凈煤技術(shù)的發(fā)展前景隨著時(shí)代的發(fā)展，環(huán)境受到污染的同時(shí)也使各國認(rèn)識(shí)到清潔生產(chǎn)的重要性。現(xiàn)在各國的生產(chǎn)都按照清潔生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的方向靠近，而煤炭作為世界能源的一個(gè)重要來源必將在此領(lǐng)域中受到極大的重視和發(fā)展。所以潔凈煤生產(chǎn)是環(huán)境保護(hù)的必然要求，也使和諧經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要體現(xiàn)。隨著中國能源科技和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)優(yōu)質(zhì)能源的需求將不斷增加，發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，推進(jìn)潔凈煤技術(shù)產(chǎn)業(yè)化是我國的長期任務(wù)。我國煤炭工業(yè)正處在結(jié)構(gòu)調(diào)整的有利時(shí)期，以此為指導(dǎo)，切實(shí)轉(zhuǎn)變工業(yè)增長方式，增