新疆中低階煤煤炭提質(zhì)利用技術(shù)及利用進(jìn)展

楊恒新

摘 要：新疆地區(qū)煤炭資源豐富，以中低階煤炭為主。由于公路、鐵路運(yùn)輸困難，其開(kāi)發(fā)利用一直受限。通過(guò)提質(zhì)利用技術(shù)，能夠大幅提高新疆中低階煤炭資源的開(kāi)發(fā)程度。目前，新疆地區(qū)的中低階煤炭提質(zhì)利用技術(shù)以煤制氣為主，其次為煤液化，項(xiàng)目重點(diǎn)分布于低階煤資源豐富的伊犁、準(zhǔn)東地區(qū)。由于水資源、利用技術(shù)的制約，新疆現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)還未發(fā)展成規(guī)模。未來(lái)，隨著新疆經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，中低階煤炭資源提質(zhì)利用將成為新疆煤炭資源的重要利用途徑。

關(guān)鍵詞：新疆地區(qū)；中低階煤；提質(zhì)利用

中圖分類號(hào)：TQ536 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）11-0166-01

煤炭是我國(guó)最主要的能源來(lái)源，在一次能源結(jié)構(gòu)中占60%～70%。據(jù)第三次全國(guó)煤田預(yù)測(cè)，我國(guó)中低階煤資源量占全國(guó)煤炭資源總量的70%，而中低階煤的主要分布區(qū)域位于我國(guó)西北、東北地區(qū)，新疆地區(qū)、鄂爾多斯盆地成為我國(guó)中低階煤的主要分布區(qū)域，其合理開(kāi)發(fā)利用對(duì)煤炭資源的高效利用意義深遠(yuǎn)。

1 新疆中低階煤資源特征

新疆煤炭資源豐富，居全國(guó)首位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全疆預(yù)測(cè)煤炭資源總量2.19萬(wàn)億噸，占全國(guó)40%，有準(zhǔn)噶爾、天山、塔里木等5大含煤區(qū)、57個(gè)煤田（煤產(chǎn)地、煤礦點(diǎn)），預(yù)測(cè)資源量超過(guò)千億噸的煤田有準(zhǔn)東、沙爾湖、伊寧、吐魯番、大南湖等5個(gè)煤田。

煤種以中低變質(zhì)的長(zhǎng)焰煤、不粘結(jié)煤和弱粘結(jié)煤為主，占比達(dá)到81%，其次為中變質(zhì)的氣煤、肥煤和焦煤。低變質(zhì)的褐煤和高變質(zhì)煙煤、無(wú)煙煤局部分布。

2 中低階煤提質(zhì)利用技術(shù)

中低階煤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其揮發(fā)分高、活性強(qiáng)，燃燒轉(zhuǎn)化效率低。中低階煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)中側(cè)鏈多，氫、氧高，易自燃、熱值低，通過(guò)分級(jí)轉(zhuǎn)化利用，可獲得高附加值的油、氣，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的梯級(jí)利用[1]。

2.1 熱解技術(shù)

熱解，是指煤在隔絕空氣或在惰性氣體條件下持續(xù)加熱所發(fā)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)。熱解過(guò)程中，煤會(huì)發(fā)生交聯(lián)鍵斷裂、產(chǎn)物重組和二次反應(yīng)，得到煤氣、焦油及半焦等產(chǎn)物。焦油中含有苯、萘、蒽及多種稠環(huán)芳香烴類化合物。與直接燃燒相比，熱解實(shí)現(xiàn)了煤中不同成分的梯級(jí)轉(zhuǎn)化，是一種資源高效綜合利用方法，具有減少燃煤造成的環(huán)境污染，并可創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

目前，熱解利用技術(shù)工藝常用的有：德國(guó)L-R低溫?zé)峤夤に嚒⒚绹?guó)TOSCOAL熱解工藝、Garrett熱解工藝、大連褐煤固體熱載體熱解工藝、浙江大學(xué)多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)[2]。

2.2 煤炭液化技術(shù)

煤炭液化，指煤直接催化加氫液化。德國(guó)是首個(gè)將煤炭直接液化工藝用于工業(yè)化生產(chǎn)的國(guó)家，最初工藝是1913年發(fā)明的伯吉烏斯法。之后發(fā)展出不同類型的煤炭直接液化工藝，其化學(xué)反應(yīng)原理基本相似，均為在高溫、高壓條件下使水煤漿在催化劑作用下發(fā)生熱解、加氫，最終成為穩(wěn)定的液體。

2.3 煤炭氣化技術(shù)

煤炭氣化，是在一定溫度、壓力條件下，采用空氣、氧氣或水蒸氣等氣化劑對(duì)煤炭粉末進(jìn)行熱解，使其轉(zhuǎn)化為CO、CH4和H2等可燃?xì)怏w。根據(jù)低階煤的O/C比、含水、揮發(fā)分高、熱值低的特征，現(xiàn)有的塊煤/型煤/碎煤移動(dòng)床氣化、碎煤/粉煤流化床氣化、粉煤移動(dòng)床氣化技術(shù)均可采用低階煤煤作為原料，氣化后獲得多種可燃?xì)怏w的合成氣，再生產(chǎn)出甲醇、聚乙烯、尿素、聚丙烯等產(chǎn)品[3]。

2.4 加氫熱解技術(shù)

加氫熱解技術(shù)，是熱解技術(shù)的升級(jí)產(chǎn)物，旨在將低階煤加氫熱解與高溫費(fèi)托合成有機(jī)結(jié)合，通過(guò)多聯(lián)產(chǎn)來(lái)提高煤炭轉(zhuǎn)化的能量利用率。首先，低階煤部分加氫，轉(zhuǎn)化其富氫揮發(fā)分得到輕質(zhì)油品，加氫熱解后的半焦經(jīng)氣化制備高濃度CO2、甲烷的合成氣；合成氣進(jìn)入體系循環(huán)利用。日本開(kāi)發(fā)了處理粉煤的加氫快速熱解技術(shù)，并于2008年完成了小規(guī)模試驗(yàn)。

2.5 成型提質(zhì)技術(shù)

成型提質(zhì)技術(shù)，以黏結(jié)劑為輔料，經(jīng)高壓、剪切等物理作用，從成分上改變化學(xué)組分，得到高熱值的塊煤[4]。最常用的無(wú)黏結(jié)劑成型采用脫水熱壓提質(zhì)（HPU）技術(shù)，具有代表性的神華寶日希勒褐煤提質(zhì)項(xiàng)目于2009年末試驗(yàn)成功，型煤水分低至8%以下，發(fā)熱量提高40%[5]。

2.6 干燥脫水技術(shù)

脫水提質(zhì)是為了解決長(zhǎng)途運(yùn)輸問(wèn)題，并提高低階煤的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。低階煤脫水技術(shù)分為機(jī)械脫水、蒸發(fā)脫水和非蒸發(fā)脫水。由于利用離心分離器、震動(dòng)濾網(wǎng)、旋風(fēng)器等常規(guī)機(jī)械脫水能力和效率很難達(dá)到脫水要求，因此，蒸發(fā)脫水和非蒸發(fā)脫水成為可行途徑。低階煤提質(zhì)干燥技術(shù)可將褐煤發(fā)熱量提高30%。

蒸發(fā)脫水一般有直接加熱法、間接脫水法。直接加熱以流化床干燥技術(shù)為代表，間接脫水以蒸汽筒式干燥技術(shù)為代表，均以水蒸汽、燃燒煙氣為加熱介質(zhì)，水蒸汽干燥杜絕了燃燒和爆炸危險(xiǎn)，同時(shí)熱效率高、無(wú)粉塵排放，但燃燒煙氣為火電廠廢熱利用，經(jīng)濟(jì)性更好。

非蒸發(fā)脫水法以高溫高壓蒸汽干燥技術(shù)為代表。蒸汽與低階煤接觸，部分礦物質(zhì)溶于水中排出，降低了灰分，水分以液態(tài)形式脫出，無(wú)需消耗蒸發(fā)潛熱，提高了熱效率。

3 新疆中低階煤提質(zhì)利用進(jìn)展

據(jù)統(tǒng)計(jì)，“十二五”期間，新疆中低階煤深加工項(xiàng)目達(dá)到36個(gè)，其中以煤制氣占絕大多數(shù)，達(dá)20個(gè)；煤炭液化制甲醇、醇氨、乙二醇等項(xiàng)目達(dá)到12個(gè)；其余為煤基多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，因此，煤制氣、煤液化技術(shù)成為當(dāng)前新疆中低階煤提質(zhì)利用的重點(diǎn)途徑。

3.1 煤制氣技術(shù)領(lǐng)域

新疆慶華55億立方米/年煤制天然氣項(xiàng)目于2013年8月20日，在新疆伊寧縣舉行了煤制氣一期工程竣工投產(chǎn)儀式，新疆產(chǎn)出第一方煤制天然氣進(jìn)入西氣東輸管道。

2013年，國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)了新疆準(zhǔn)東煤制氣示范項(xiàng)目開(kāi)展前期工作，標(biāo)志著全國(guó)最大的煤制氣項(xiàng)目獲得國(guó)家核準(zhǔn)，正式進(jìn)入全面實(shí)施階段。該項(xiàng)目總投資1830億元，規(guī)模為年產(chǎn)煤制氣300億立方米，配套中石化“新粵浙”管道輸送至東南經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。該項(xiàng)目包括5個(gè)氣源點(diǎn)：五彩灣年產(chǎn)120億立方米煤制氣工程、大井年產(chǎn)40億立方米煤制氣工程、西黑山年產(chǎn)60立方米煤制氣工程、喀木斯特年產(chǎn)40億立方米煤制氣工程、和豐年產(chǎn)40億立方米煤制氣工程。

與此同時(shí)，湖北宜化40萬(wàn)噸合成氨、60萬(wàn)噸尿素等煤制氣、煤制化肥項(xiàng)目也在準(zhǔn)東開(kāi)展并建成投產(chǎn)。

3.2 煤液化技術(shù)領(lǐng)域

新疆廣匯新能源年產(chǎn)120萬(wàn)噸甲醇/80萬(wàn)噸二甲醚項(xiàng)目已建成投產(chǎn)。

新疆哈密低階煤提質(zhì)清潔高效綜合利用項(xiàng)目，由新疆北大青鳥(niǎo)哈密煤化工投資建設(shè)，總處理原煤405萬(wàn)噸、50萬(wàn)噸煤焦油加氫精制裝置、81000立方米每小時(shí)煤氣轉(zhuǎn)化制氫裝置、23萬(wàn)噸乙二醇裝置及輔助生產(chǎn)設(shè)施。

4 新疆中低階煤資源利用前景

中低階煤的利用方式主要有燃燒、氣化、熱解和直接液化四種方式，以熱解提質(zhì)利用、煤制氣、煤液化為主要技術(shù)方向。國(guó)家制定的《煤炭深加工示范項(xiàng)目規(guī)劃》，明確將新疆準(zhǔn)東、伊犁作為全國(guó)唯一的兩個(gè)煤炭深加工綜合示范區(qū)，構(gòu)建以煤炭深加工提質(zhì)利用為核心的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。由于新疆地區(qū)水資源短缺、生態(tài)環(huán)境脆弱，中低階煤炭的提質(zhì)利用項(xiàng)目一直受到局限，目前主要采用煤制氣技術(shù)途徑[6]。未來(lái)，隨著新疆經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，依托優(yōu)質(zhì)中低階煤炭資源，以伊犁、準(zhǔn)東煤炭基地為重點(diǎn)，大力發(fā)展現(xiàn)代煤化工，拓寬產(chǎn)業(yè)鏈，將建成大規(guī)模的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)集群。

參考文獻(xiàn)

[1]韓永濱，劉桂菊，趙慧斌.低階煤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與熱解技術(shù)發(fā)展概述[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2013，28（6）：772-774.

[2]王向輝，門(mén)卓武，許明，等.低階煤粉煤熱解提質(zhì)技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].潔凈煤技術(shù)，2014，20（6）：36-40.

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[6]裘品姬.新疆煤炭行業(yè)“十三五”發(fā)展的思考與建議[J].煤炭經(jīng)濟(jì)研，2015，35（1）：14-17.