煤專項：開啟煤炭清潔高效利用新途徑

　　 在我國的能源結構中，石油、天然氣資源匱乏，煤炭儲量相對豐富，在能源結構中占比近70%，居主導地位。目前，我國已探明煤炭儲量10200億噸，55%以上是煤化程度低的低階煤，蘊藏其中的揮發分相當于1000億噸的油氣資源。但由于低階煤水含量高，直接燃燒或氣化效率低，且現有技術無法充分利用其資源價值，導致了煤炭資源的巨大浪費。

　　為此，2012年2月，中科院啟動戰略性先導科技專項“低階煤清潔高效梯級利用關鍵技術與示范”,依據低階煤的組成與結構特征,提出了低階煤清潔高效梯級利用的整體解決方案。

　　把煤炭“吃干榨凈”

　　依據低階煤的組成與結構特征,專項提出了低階煤清潔高效梯級利用的整體解決方案,即“以高效熱解為先導,提取煤中業已存在的油氣資源,剩余半焦燃燒發電或經氣化后定向轉化為燃料和化學品”。

　　依據整體方案，專項形成了三條具有代表性和典型性的工藝路線，包括“熱解－油氣提質－半焦燃燒－發電”、“熱解－氣化－合成”和“熱解－氣化－費托合成-油品共處理”，建立了一套高能效、低污染、低排放和高值化的低階煤綜合利用技術體系,顯著降低硫、硝和重金屬等污染物排放，將低階煤“吃干榨凈”。

　　中科院山西煤化所是先導專項的牽頭單位，所長王建國對《中國科學報》記者說：“按照煤專項研發課題布局中工藝路線和產品鏈關系，我們以系統集成的方式進行綜合分析評估，計算得出低溫熱解+發電綜合能效達46.78%，比燃煤亞臨界發電提高能效8.78個百分點；加氫熱解+FT合成能源轉化效率為51.91%，相比于煤間接液化提高8.85個百分點，實現了低階煤先導專項的預定目標。”

　　王建國說：“熱解是煤專項的‘龍頭技術’，重點是突破煤熱解制備油氣的關鍵技術。在低溫熱解方面，通過獨創的固體物料加熱、物料循環控制、熱解爐排焦等手段，成功控制了固體熱載體燃燒床和熱解床的能量和物料交換，實現了雙床的有機耦合。” 2015年11月，“240噸/天固體熱載體煤低溫熱解中試裝置”實現滿負荷穩定運行，這是國內首次實現每年10萬噸規模的循環流化床粉煤熱解裝置滿負荷運行，為后續熱解半焦的燃燒和氣化目標的實現奠定了堅實基礎。在加氫熱解方面通過“溶劑循環自平衡”解決液化產物結構分布難以調控的難題，2015年底在內蒙古鄂爾多斯實現萬噸級加氫熱解128小時連續穩定運行。

　　工程實施開辟新路徑

　　對于低階煤來說，如何“燃燒”是非常關鍵的問題。對此，專項開展超臨界循環流化床燃燒發電技術和燃煤煙氣污染物脫除凈化技術研究。在半焦燃燒方面，設計了新型多邊形爐膛爐型，突破了大尺度循環流化床燃燒均勻性核心技術，達到了國內領先水平。

　　眾所周知，烯烴、芳烴等大宗化學品以及汽油柴油等大宗液體燃料是國民經濟發展的重要基石，傳統的生產方法主要是采用各種不同工藝對石油或者其衍生品進行煉制，而煤專項著重開展合成氣和甲醇制大宗化學品和燃料技術的攻關。

　　王建國說：“2017年1月11日，10萬噸/年合成氣制乙醇裝置成功打通全流程，產出分析純級無水乙醇（99.71%），標志著全球首套煤經二甲醚制乙醇工業示范項目一次試車成功。”

　　在項目進行過程中，隨著國家經濟結構調整，專項遇上了“原定的建設示范裝置的地點和規模發生變化”的問題，這直接影響示范工程的進度。

　　2013年8月，“多段分級轉化流化床煤氣化技術及工業示范”課題與某企業簽訂工業裝置示范工程合作協議，但由于煤化工行業整體處于較低迷狀態，企業運營出現困難，工程未能按時實施。隨后，課題組與多家企業積極交流，最終與陜西煤業化工新型能源有限公司簽訂了合作協議。

　　產業化帶動企業發展升級轉型

　　經過近5年的努力，煤專項許多關鍵技術已具備示范或產業化的條件，部分技術已同企業建設示范，實現了預定目標，為推進產業化奠定了良好的基礎。

　　王建國說：“煤炭企業想要真正實現脫困突圍和轉型升級，就必須大力推進煤炭清潔高效利用，項目與多家大中型煤炭企業合作，不僅能加快科技成果的轉移轉化，還可以推進企業產業結構調整。”

　　據王建國介紹，多家煤炭企業積極參與項目開發，例如神華集團煤制油化工有限公司參與了“千噸級合成氣制低碳醇工業側線裝置”，潞安集團參與了“5萬噸/年鈷基固定床費托合成技術工業示范”及“全球第一個10000-50000m3/h的二氧化碳甲烷重整裝置”，陜煤集團參與了“甲醇制丙烯關鍵技術”、“千噸級多段流化床氣化技術”、云南先鋒參與了“甲醇制汽油關鍵技術”。

　　在專項實施期間，帶動大中型企業投入約100億元。王建國說：“預計‘十三五’期間將有400億元投資，這將為企業的轉型、產業的提升以及我國煤炭清潔高效利用起到重要的技術保障作用，為經濟社會發展培育了新動力、拓展了新空間。”