十二五期間我國(guó)潔凈煤技術(shù)發(fā)展值得關(guān)注的方向

“十二五”期間我國(guó)潔凈煤技術(shù)發(fā)展值得關(guān)注的方向

TD9：A1003-2355（2011）08-0005-031“十一五”潔凈煤技術(shù)發(fā)展形勢(shì)“十一五”期間煤炭產(chǎn)量由2005年的22億t增長(zhǎng)到2010年的32.4億t。2009年中國(guó)煤炭消費(fèi)占世界的46.9％，位居世界第一位；人均煤炭消費(fèi)量約1.72tce，是世界平均的2.42倍，位居澳大利亞、南非、哈薩克斯坦等國(guó)之后，居世界第8位；中國(guó)已成為備受關(guān)注的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。中國(guó)從1990年提出發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)。2000年以來(lái)，潔凈煤技術(shù)步入快速發(fā)展軌道，取得了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)成果，尤其是煤炭洗選加工和先進(jìn)煤化工轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，取得的成就令全世界矚目。一大批關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和示范取得成功，很多技術(shù)接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，有些技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。為我國(guó)大規(guī)模實(shí)現(xiàn)潔凈煤技術(shù)產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。1.1煤炭洗選快速發(fā)展煤炭洗選是潔凈煤技術(shù)的源頭，在煤炭潔凈利用產(chǎn)業(yè)鏈條中起著關(guān)鍵作用，大量煤中雜質(zhì)和有害物質(zhì)在洗選中脫除，包括50％～70％的灰分、60％～70％的無(wú)機(jī)硫和一部分汞等，洗選后煤炭熱值明顯提高，為鋼鐵、建材、電力、供熱等煤炭用戶節(jié)能降耗起到了支撐作用。有研究表明，工業(yè)鍋爐使用洗選煤后，鍋爐熱效率可提高到88％，節(jié)能率達(dá)到約30％，僅此一項(xiàng)燃煤工業(yè)鍋爐年節(jié)能潛力在1億tce以上。中國(guó)選煤技術(shù)已躋身世界先進(jìn)水平行業(yè)，到2010年末，各類型選煤廠約1800座，原煤入洗能力達(dá)到17.8億t/a，原煤入洗量由2005年7.03億t增加16.5億t，原煤入洗率由2005年的31.9％提高到50.9％；高效的重介選煤方法由2005年的28％提高到53％，是世界第一大選煤國(guó)家。大型高效選煤廠建設(shè)發(fā)展迅猛，年入選原煤能力10Mt/a及以上的超大型洗選廠近20座，最大規(guī)模達(dá)到31Mt/a。僅神華集團(tuán)1家建成投運(yùn)36個(gè)選煤廠，總規(guī)模超過(guò)2.87億t/a，其中洗選能力超過(guò)千萬(wàn)噸的選煤廠13個(gè)，2010年洗選加工原煤3.05億t。1.2一批先進(jìn)煤化工轉(zhuǎn)化技術(shù)取得突破“十一五”期間，新型煤化工技術(shù)產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展，煤炭直接液化、煤炭間接液化、煤制烯烴、煤制乙二醇等相繼投料運(yùn)行，煤制天然氣正在建設(shè)中。一大批煤化工關(guān)鍵技術(shù)取得突破，煤化工轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程走在世界前列。1.2.1煤炭氣化技術(shù)取得突破性成果研究開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的干煤粉氣化技術(shù)、水煤漿氣化技術(shù)、灰融聚氣化技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，一批大型煤氣化技術(shù)與裝備相繼進(jìn)行示范和投入工業(yè)化運(yùn)行。多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)取得突破性成果，國(guó)內(nèi)約有15家企業(yè)，40臺(tái)氣化爐裝置在運(yùn)行，其性能指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平；航天爐除了2套已投產(chǎn)的裝置外，還有約10個(gè)項(xiàng)目、16套氣化爐即將運(yùn)行，這些煤氣化技術(shù)均適合未來(lái)裝置大型化、高效運(yùn)行的需要。1.2.2煤炭直接液化進(jìn)入工業(yè)試運(yùn)行階段建成了百萬(wàn)噸煤直接液化示范工程，取得一系列技術(shù)和工程成果，包括催化劑制備關(guān)鍵技術(shù)、煤制油關(guān)鍵技術(shù)和工藝、直接液化工程技術(shù)?！鞍偃f(wàn)噸級(jí)煤直接液化關(guān)鍵技術(shù)及示范”成果已經(jīng)鑒定，達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為世界唯一掌握百萬(wàn)噸級(jí)煤直接液化技術(shù)的國(guó)家。該工藝已經(jīng)在美國(guó)、俄羅斯、澳大利亞、烏克蘭、加拿大等國(guó)獲得專利。神華煤直接液化示范工程為單條生產(chǎn)線，規(guī)模為日處理洗精煤（干基）6000t，年生產(chǎn)成品油108萬(wàn)t，其中70％為高標(biāo)號(hào)柴油，20％為高潛芳烴石腦油，10％為L(zhǎng)PG。2011年上半年已經(jīng)開(kāi)始盈利。目前影響連續(xù)運(yùn)行的主要問(wèn)題有：（1）部分工段能力不足，如氫氣供給能力、煤液化裝置中油煤漿加熱爐能力等不足；（2）產(chǎn)品輕質(zhì)化、溶劑油不平衡和油品收率低；（3）減壓閥故障、減壓塔耐磨層剝落、循環(huán)泵等設(shè)備故障。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)改造，運(yùn)轉(zhuǎn)情況越來(lái)越好。1.2.3煤炭間接液化技術(shù)示范取得成功自主研發(fā)了低溫漿態(tài)床F－T合成關(guān)鍵技術(shù)，目前有3套16～18萬(wàn)t/a規(guī)模的裝置在試運(yùn)行，產(chǎn)品開(kāi)始應(yīng)用，工程化技術(shù)不斷完善，為更大規(guī)模的裝置建設(shè)積累工程經(jīng)驗(yàn)。其中內(nèi)蒙古伊泰16萬(wàn)t/a煤炭間接液化項(xiàng)目從2010年7月起達(dá)到連續(xù)在90％～110％負(fù)荷之間運(yùn)行生產(chǎn)。截止2010年底，累計(jì)運(yùn)行9932h，生產(chǎn)各類油品12萬(wàn)t。兗州礦業(yè)集團(tuán)建設(shè)了5000t/a低溫費(fèi)托合成中試裝置，累計(jì)運(yùn)行6068h，連續(xù)穩(wěn)定滿負(fù)荷運(yùn)行4706h；建設(shè)了國(guó)內(nèi)唯一的5000t/a高溫費(fèi)托合成中試裝置，累計(jì)運(yùn)行5560h，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行1980h。甲醇制汽油（MTG）取得積極進(jìn)展。2006年晉城煤業(yè)集團(tuán)引進(jìn)MTG技術(shù)，建成世界第一套煤基甲醇合成油裝置。2009年6月28日，MTG裝置生產(chǎn)出汽油。截止2010年底，裝置累計(jì)運(yùn)行8000余h，生產(chǎn)37400t汽油、8100t均四甲苯混合液、7700t液化石油氣，裝置運(yùn)行負(fù)荷95％以上。該項(xiàng)目運(yùn)行的主要問(wèn)題是加壓灰熔聚氣化技術(shù)在應(yīng)用方面還不成熟，低溫甲醇洗系統(tǒng)的腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重。1.2.4煤制烯烴技術(shù)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)神華包頭采用中國(guó)科學(xué)院大連化物所DMTO技術(shù)建立的60萬(wàn)t/a工廠，2010年8月8日，煤制烯烴項(xiàng)目甲醇制烯烴核心裝置投料試車(chē)成功，截止2010年底，試生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行740h，累計(jì)生產(chǎn)聚烯烴8萬(wàn)t。聚丙烯和聚乙烯裝置日生產(chǎn)負(fù)荷均超過(guò)100％。該項(xiàng)目運(yùn)行的主要問(wèn)題是：（1）實(shí)際煤耗比設(shè)計(jì)煤耗高約10％；（2）催化劑生焦率比設(shè)計(jì)偏高。大唐MTP裝置于2009年7月建成46萬(wàn)t/a聚丙烯裝置，并進(jìn)行了試運(yùn)行。神華寧煤MTP裝置于2010年9月開(kāi)始投料試車(chē)，10月產(chǎn)出純度為99.69％的合格丙烯，單臺(tái)MTP反應(yīng)器的生產(chǎn)負(fù)荷控制在60％～80％范圍內(nèi)，最大達(dá)到100％。存在問(wèn)題是產(chǎn)品水分含量高。清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的新型流化床甲醇制烯烴技術(shù)（FMTP）建設(shè)了處理3萬(wàn)t/a甲醇的裝置，2009年10月實(shí)現(xiàn)了470h連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。1.2.5煤制天然氣、乙二醇項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)展順利煤制天然氣技術(shù)是通過(guò)煤氣化、煤氣凈化和煤氣甲烷化的過(guò)程，產(chǎn)品氣中甲烷含量可高達(dá)95％以上，完全可以替代天然氣使用。國(guó)家已經(jīng)審批了4個(gè)煤制天然氣項(xiàng)目。2009年8月30日，大唐國(guó)際40億/a示范工程在內(nèi)蒙古克什克騰旗開(kāi)工建設(shè)；大唐阜新項(xiàng)目2010年3月29日開(kāi)工建設(shè)。2009年12月，第一個(gè)民營(yíng)企業(yè)投資的16億/a煤制天然氣項(xiàng)目通過(guò)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)的核準(zhǔn)。煤制乙二醇技術(shù)取得較大進(jìn)展。2009年12月打通了全流程，試產(chǎn)出國(guó)標(biāo)優(yōu)級(jí)品的乙二醇產(chǎn)品；2010年5月，完成年產(chǎn)10萬(wàn)t草酸裝置改造，試產(chǎn)出合格草酸產(chǎn)品。煤制乙二醇在工藝裝備和催化劑質(zhì)量方面還存在一些問(wèn)題。1.3潔凈煤發(fā)電技術(shù)取得很大進(jìn)步超臨界發(fā)電機(jī)組發(fā)展很快，新投產(chǎn)單機(jī)容量60萬(wàn)kW超臨界發(fā)電機(jī)組占火電機(jī)組的60％以上。1000MW已經(jīng)達(dá)到16座，華能玉環(huán)電廠2×1000MW電廠供電煤耗為283.5gce/kWh，比全國(guó)火電機(jī)組平均煤耗低65gce/kWh，下降幅度約19％。IGCC發(fā)電取得積極進(jìn)展。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)于2009年5月核準(zhǔn)華能集團(tuán)在天津?yàn)I海新區(qū)建設(shè)首座IGCC示范電站。該示范工程裝機(jī)250MW，2009年7月開(kāi)工建設(shè)，預(yù)計(jì)2011年可投產(chǎn)發(fā)電。煙氣脫硫技術(shù)基本成熟，全國(guó)火電機(jī)組基本上都安裝了煙氣脫硫，煙氣脫硝取得了較大進(jìn)展，目前采用煙氣脫硝技術(shù)機(jī)組容量約占火電機(jī)組容量的10％。2潔凈煤發(fā)展面臨的主要問(wèn)題2.1煤炭質(zhì)量總體較差我國(guó)煤炭質(zhì)量較差，商品煤灰分高，中高硫分以上的煤炭比例較大。動(dòng)力煤消費(fèi)占煤炭消費(fèi)的75％左右，煤質(zhì)普遍較差、波動(dòng)較大，大多不能滿足設(shè)備要求，是煤炭利用能效低、污染重的主要原因之一。中小用戶用煤質(zhì)量低下。由于用煤分散，不能直接和煤炭生產(chǎn)企業(yè)簽訂煤炭購(gòu)銷(xiāo)合同，大多數(shù)中小用戶只能從煤炭經(jīng)銷(xiāo)商處購(gòu)買(mǎi)煤炭，有些煤炭經(jīng)銷(xiāo)商將煤矸石破碎后混到煤中，使得商品煤質(zhì)量大幅下降，煤炭不易燃燒，產(chǎn)生嚴(yán)重的能效低下和污染問(wèn)題。2.2整體技術(shù)和裝備水平較低中小燃煤技術(shù)裝備整體落后。中小燃煤設(shè)施主要包括工業(yè)鍋爐、磚瓦窯爐和民用爐灶。工業(yè)鍋爐是我國(guó)工業(yè)用熱和民用采暖的主要途徑，現(xiàn)有工業(yè)鍋爐58.48萬(wàn)臺(tái)，以中小燃煤鍋爐為主，＞35t/h的工業(yè)鍋爐占工業(yè)鍋爐總臺(tái)數(shù)的96.86％。工業(yè)鍋爐年煤炭消費(fèi)量約6億t，鍋爐平均熱效率在60％～65％，部分鍋爐運(yùn)行熱效率甚至低于50％。磚瓦窯爐量大面廣，現(xiàn)有磚瓦企業(yè)7.3萬(wàn)家，普遍規(guī)模較小、技術(shù)落后、平均熱效率只有約30％，年消耗煤炭7500萬(wàn)t。民用爐灶數(shù)量大，絕大多數(shù)效率低下，平均效率只有10％左右，年消耗煤炭約1.3億t。煤炭加工與轉(zhuǎn)化核心技術(shù)與裝備國(guó)產(chǎn)化水平很低，基本依靠進(jìn)口。大型煤炭洗選設(shè)備如振動(dòng)篩、離心機(jī)、過(guò)濾機(jī)等國(guó)產(chǎn)設(shè)備可靠性差、壽命短，主要依靠進(jìn)口。關(guān)鍵的煤化工技術(shù)如干煤粉氣化，煤液化泵閥、反應(yīng)器，大型空分設(shè)備，大型甲醇反應(yīng)器，煤制烯烴、天然氣等諸多裝置均需要進(jìn)口。2.3政策和標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題煤炭產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)范圍較寬，很多為推薦性標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行情況不好，有些標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定已不能適應(yīng)潔凈煤技術(shù)快速發(fā)展的需要。動(dòng)力煤比價(jià)不合理，動(dòng)力用煤沒(méi)有做到按煤炭質(zhì)量計(jì)價(jià)，缺乏根據(jù)煤炭發(fā)熱量、灰分、硫分、粒度等主要指標(biāo)的煤炭計(jì)價(jià)辦法。煤炭運(yùn)輸價(jià)格不合理，沒(méi)有做到優(yōu)質(zhì)煤低價(jià)運(yùn)輸。不少地方還出現(xiàn)運(yùn)輸洗精煤價(jià)格高于運(yùn)輸?shù)土淤|(zhì)煤價(jià)格的規(guī)定，制約了商品煤質(zhì)量提高和節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展。3“十二五”潔凈煤技術(shù)需要關(guān)注的重點(diǎn)方向全球氣候變化與碳減排氛圍下，煤炭潔凈利用趨勢(shì)會(huì)更加強(qiáng)勁，潔凈煤技術(shù)發(fā)展必須解決提高煤質(zhì)、開(kāi)發(fā)先進(jìn)技術(shù)與裝備、加強(qiáng)管理與標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。在技術(shù)裝備方面應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展以下工作。3.1大規(guī)模煤炭提質(zhì)技術(shù)與裝備3.1.1煤炭深度洗選技術(shù)煉焦煤深度洗選：我國(guó)煉焦煤洗精煤灰分平均在12％左右，國(guó)外煉焦精煤灰分一般在8％～10％，甚至更低，我國(guó)和國(guó)外差距還很大；我國(guó)主焦煤資源短缺，屬于稀缺煤種。為滿足鋼鐵工業(yè)需要，必須對(duì)煉焦煤進(jìn)行精細(xì)加工，研究和開(kāi)發(fā)粗煤泥和細(xì)煤泥高效洗選回收技術(shù)與成套裝備。開(kāi)發(fā)特殊用途超低灰煤洗選技術(shù)與裝備，特殊用途煤如制備高碳材料、高性能吸附材料、發(fā)動(dòng)機(jī)代油燃料等，灰分要求很低，有的甚至在1％以下，現(xiàn)有常規(guī)煤炭洗選技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。開(kāi)發(fā)脫除煤中有害元素如汞等的洗選方法。煤中有害元素污染會(huì)隨煤炭的利用而遷徙，危害大，已經(jīng)受到國(guó)際社會(huì)關(guān)注，要加大有害元素脫除技術(shù)研究。3.1.2動(dòng)力煤洗選技術(shù)動(dòng)力用煤占煤炭消費(fèi)的75％左右，目前動(dòng)力煤入洗率只有35％左右。要結(jié)合大型煤炭基地建設(shè)，加快開(kāi)發(fā)1000萬(wàn)t/a級(jí)的煤炭洗選技術(shù)裝備。3.1.3褐煤提質(zhì)技術(shù)褐煤探明保有資源量1291億t，占全國(guó)探明保有資源量的12.69％；褐煤產(chǎn)量迅速增加，目前年產(chǎn)量約3億t，褐煤提質(zhì)技術(shù)嚴(yán)重滯后，褐煤利用的技術(shù)瓶頸問(wèn)題已凸現(xiàn)出來(lái)。開(kāi)發(fā)褐煤可規(guī)?；a(chǎn)的提質(zhì)技術(shù)與裝備，提質(zhì)后褐煤熱值提高1500kcal/kg以上，水分降低70％～80％。3.2適于中小燃煤用戶的節(jié)能減排技術(shù)研究開(kāi)發(fā)新型高效工業(yè)鍋爐技術(shù)，鍋爐運(yùn)行熱效率＞85％，氮氧化合物排放滿足其排放標(biāo)準(zhǔn)。3.3高品質(zhì)煤基碳材料制備技術(shù)開(kāi)發(fā)研究不同煤種制活性炭的核心技術(shù)，開(kāi)發(fā)適合于水體深度凈化、煙氣脫硫脫硝脫汞等專用活性炭的工藝與裝備。3.4新一代煤轉(zhuǎn)化技術(shù)開(kāi)展褐煤直接氣化、高灰熔點(diǎn)有粘結(jié)性煤氣化、煤催化氣化甲烷化等新技術(shù)攻關(guān)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)與裝備；開(kāi)發(fā)新一代煤液化技術(shù)，明顯提高液化油收率，顯著降低水資源消耗，開(kāi)展核心裝備攻關(guān)，滿足商業(yè)化運(yùn)行煤液