經(jīng)濟形勢好轉(zhuǎn)，讓國內(nèi)煤炭產(chǎn)業(yè)在2017年迎來企穩(wěn)的轉(zhuǎn)機，煤炭消費階段性回升，煤炭產(chǎn)量恢復(fù)增長，進入2018年后依然保持著供需兩旺態(tài)勢。這在一定程度上說明，在我國能源基礎(chǔ)中，煤炭依然是不可或缺的主體。我國煤炭儲量接近世界總儲量的五分之一，富煤、少氣、貧油的化石能源資源稟賦，決定了我國不可能完全“去煤化”，至少“去煤化”的速度不可能如部分人預(yù)期的那么快。
與此同時，經(jīng)濟社會的快速發(fā)展、人民生活水平的日益提高、環(huán)保法律法規(guī)的日趨嚴格，對能源種類及潔凈度提出了新的、更高的要求，清潔燃料油、天然氣消費量穩(wěn)步增加。對于煤炭，尤其是低階煤來說，實現(xiàn)清潔高效利用，成為亟待解決且不可回避的課題。為此，國家能源局發(fā)布的《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》中，提出了推廣煤制油、煤制天然氣、低階煤分質(zhì)利用、煤制化學(xué)品、煤炭和石油綜合利用等五類煤炭利用模式。
其中，以中低溫?zé)峤庵茪?、制油為主要產(chǎn)品路線的分質(zhì)利用技術(shù)，因其可以實現(xiàn)對低階煤的經(jīng)濟、高效、清潔利用，得到了學(xué)者的廣泛認可和政府部門的關(guān)注。
清潔與效益兼?zhèn)?/strong>
煤炭分質(zhì)利用技術(shù)是近年來煤炭高效清潔利用、現(xiàn)代煤化工領(lǐng)域的熱點，因其具備反應(yīng)條件緩和、工藝過程簡單、投資小、水資源消耗少等優(yōu)勢，對改變我國煤炭利用及能源結(jié)構(gòu)意義深遠，因此成為“十三五”現(xiàn)代煤化工主要發(fā)展方向之一。
廣義上而言，煤炭分質(zhì)利用并不是一個新概念，早已在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐上得到應(yīng)用，即根據(jù)煤炭的變質(zhì)程度及工藝性質(zhì)，將其化分為無煙煤、煙煤、褐煤等大類，各大類煤種又可以被劃分為不同的細分種類和牌號，然后按其種類、等級加以利用。
但近年來使用的“煤炭分質(zhì)利用”術(shù)語，所指則有所不同。具體而言，一般是采用中低溫?zé)峤饧夹g(shù)對煤炭進行分質(zhì)，獲得氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)產(chǎn)物，然后再根據(jù)各類熱解產(chǎn)物的組成、性質(zhì)，有區(qū)別地加以利用，生產(chǎn)化工原料和各類化學(xué)品。按照這個定義，煤炭煉焦實際上就是分質(zhì)利用的典型工藝。然而，目前說起煤炭分質(zhì)利用的時候，并不包含煤炭焦化，因為這個術(shù)語還有幾個隱含的條件：煤炭特指褐煤、次煙煤等低階煤；熱解指的是中低溫?zé)峤狻?br />
所謂低階煤，是指成煤晚、處于低變質(zhì)階段的煤，它具有水分含量高、發(fā)熱量低、揮發(fā)份含量高、反應(yīng)活性高以及易燃易碎等特點。如果直接燃燒或氣化，不僅效率低，而且污染嚴重。在我國10200億噸探明煤炭儲量中，55%以上為低階煤。而且目前開采的低階煤中，90%以上用作了發(fā)電、工業(yè)鍋爐和民用燃料直接燃燒，由此引發(fā)一系列嚴重的生態(tài)和環(huán)境污染問題。對潔凈能源的需求，催生了對我國豐富的低階煤資源進行高效潔凈利用技術(shù)的要求。
在這個背景下，依據(jù)低階煤組成與結(jié)構(gòu)特征實現(xiàn)清潔高效利用的分質(zhì)利用技術(shù)體系就應(yīng)運而生了。低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)可通過熱解進行脫硫、脫氮、脫除熱解水，可以避免散煤以及干煤運輸?shù)奈廴疚锱欧?，減少無效能耗，實現(xiàn)煤炭高效轉(zhuǎn)換、分級分質(zhì)的清潔利用。
分質(zhì)利用技術(shù)在實現(xiàn)最大化利用低階煤資源的同時，還能夠有效提升我國油氣自給能力、降低對外依存度，提高能源安全保障。低階煤中蘊藏著豐富的油、氣和化學(xué)品資源，如果按甲烷產(chǎn)率4.2%、熱解油產(chǎn)率7.1%估算，我國目前每年消費的19億噸低階煤中可制取液化天然氣0.81億噸、燃料油1.37億噸。根據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù)，截至2014年，我國已探明適于清潔高效梯級利用的低階煤儲量約8758億噸，其中蘊藏的油品、天然氣資源分別相當(dāng)于我國已探明石油、天然氣可采儲量的20倍和11倍。
此外，低階煤分質(zhì)利用經(jīng)濟競爭力強。以煤熱解為龍頭的分質(zhì)利用技術(shù)具有極強的延展性和耦合性，能夠?qū)崿F(xiàn)煤、油、氣、電、化多聯(lián)產(chǎn)一體化，其水耗和投資分別是傳統(tǒng)煤化工的1/7和1/3?；谝欢ǖ拿嘿|(zhì)指標和假設(shè)條件，對低階煤分質(zhì)利用與低階煤直接發(fā)電的技術(shù)經(jīng)濟指標進行測算的結(jié)果表明，低階煤分質(zhì)利用的綜合能效、內(nèi)部收益率分別比低階煤直接發(fā)電高大約11個和2個百分點。
期待更多工程實踐
與煤制油、煤制氣、煤基甲醇制烯烴、煤制乙二醇和煤制芳烴等五大新型煤化工技術(shù)路線相比，低階煤先分級提質(zhì)、后開發(fā)利用的技術(shù)路線，具有顯著提升物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化率、降低能耗與水耗、提高能效、減少污染的特點，適合在我國低階煤資源豐富、生態(tài)脆弱和水資源缺乏的地區(qū)開發(fā)利用。在《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》中，對低階煤分支利用到2020年的發(fā)展預(yù)期是產(chǎn)能達到1500萬噸/年。
其實，低階煤分質(zhì)利用的思路早在上世紀90年代中期便已誕生。當(dāng)時，由于國內(nèi)油氣消費對外依存度逐年增大，有學(xué)者提出對較年輕的煤種采用快速熱解和快速冷凝的煤拔頭工藝，獲得較高的油品資源。煤拔頭工藝的提出，突破了傳統(tǒng)的煤炭利用方式，這與石油多層次加工、梯級轉(zhuǎn)化、分質(zhì)利用的思想有異曲同工之妙。
進入21世紀，學(xué)術(shù)界對采用煤炭快速熱解的煤拔頭工藝開展了多方面的研究。2012年，中國科學(xué)院依據(jù)低階煤的組成與結(jié)構(gòu)特征，提出低階煤清潔高效梯級利用的解決方案，即以高效熱解為先導(dǎo)，提取煤炭中存在的油氣資源，剩余的半焦用于燃燒發(fā)電或經(jīng)氣化定向轉(zhuǎn)化為液體燃料和化學(xué)品，形成了“熱解—油氣提質(zhì)—半焦燃燒—發(fā)電”“熱解—氣化—合成”和“熱解—氣化——費托合成——油品共處理”三條技術(shù)路線。為推動技術(shù)的研發(fā)和工業(yè)化，在中國科學(xué)院“還牽頭成立了“低階煤利用產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟”，聯(lián)合國內(nèi)近30家大型企業(yè)、設(shè)計院開展技術(shù)攻關(guān)。不過，2012?2014年，受宏觀經(jīng)濟形勢影響，低階煤分質(zhì)利用技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用稍有遲滯。
直到2015年1月，國家能源局、環(huán)保部、工信部聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于促進煤炭安全綠色開發(fā)和清潔高效利用的意見》，提出要鼓勵低階煤分質(zhì)利用技術(shù)研發(fā)和示范，以提高煤炭利用附加值，不久之后出臺的《煤炭清潔高效利用行動計劃（2015-2020）》也對煤炭分質(zhì)利用拋出了橄欖枝。其后，煤炭分質(zhì)利用技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用得以全面展開。比較突出的新技術(shù)有陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院與北京柯林斯達聯(lián)合開發(fā)的CGPS技術(shù)；工業(yè)應(yīng)用的代表項目則有北大青鳥內(nèi)蒙古青鳥蒙興化工有限公司規(guī)劃建設(shè)的1000萬噸/年低階煤分質(zhì)清潔高效綜合利用示范項目。
低階煤分質(zhì)利用技術(shù)的逐級分質(zhì)、梯級利用特點，造就了分質(zhì)利用技術(shù)天然的靈活性，基于煤質(zhì)特性、以市場為導(dǎo)向，通過優(yōu)化組合產(chǎn)品方案，可形成不同的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，組成各種產(chǎn)業(yè)鏈。
不過，雖然在過去幾年中，研究機構(gòu)、工業(yè)企業(yè)多方攻關(guān)，但是煤炭分質(zhì)利用仍有多個關(guān)鍵技術(shù)或裝備尚未取得決定性突破，有些目前甚至還看不見勝利的曙光，比如，迄今為止，進入工業(yè)化應(yīng)用、能較長周期穩(wěn)定運行的低階煤熱解技術(shù)和設(shè)備，基本上是以塊煤、碎煤為原料，為了進一步提高油品產(chǎn)率和質(zhì)量，降低原料煤的粒度、增大熱解升溫速度是主要的技術(shù)途徑，然而，受熱解流體產(chǎn)物與固體產(chǎn)物在線分離困難、熱解廢水難以處理等因素制約，粉煤熱解的工程化一直未得到有效突破。再如煤熱解定向制備油氣產(chǎn)品工藝運行的長期穩(wěn)定性、熱解后化學(xué)品的分離方法與技術(shù)等等，都有待進一步的技術(shù)突破。
實驗室研究永遠代替不了實踐探索，低階煤分支利用技術(shù)發(fā)展當(dāng)前存在的難題與瓶頸，只能在接下來的工程實踐中逐步解決。
與此同時，經(jīng)濟社會的快速發(fā)展、人民生活水平的日益提高、環(huán)保法律法規(guī)的日趨嚴格，對能源種類及潔凈度提出了新的、更高的要求，清潔燃料油、天然氣消費量穩(wěn)步增加。對于煤炭，尤其是低階煤來說，實現(xiàn)清潔高效利用，成為亟待解決且不可回避的課題。為此，國家能源局發(fā)布的《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》中，提出了推廣煤制油、煤制天然氣、低階煤分質(zhì)利用、煤制化學(xué)品、煤炭和石油綜合利用等五類煤炭利用模式。
其中，以中低溫?zé)峤庵茪?、制油為主要產(chǎn)品路線的分質(zhì)利用技術(shù)，因其可以實現(xiàn)對低階煤的經(jīng)濟、高效、清潔利用，得到了學(xué)者的廣泛認可和政府部門的關(guān)注。
清潔與效益兼?zhèn)?/strong>
煤炭分質(zhì)利用技術(shù)是近年來煤炭高效清潔利用、現(xiàn)代煤化工領(lǐng)域的熱點，因其具備反應(yīng)條件緩和、工藝過程簡單、投資小、水資源消耗少等優(yōu)勢，對改變我國煤炭利用及能源結(jié)構(gòu)意義深遠，因此成為“十三五”現(xiàn)代煤化工主要發(fā)展方向之一。
廣義上而言，煤炭分質(zhì)利用并不是一個新概念，早已在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐上得到應(yīng)用，即根據(jù)煤炭的變質(zhì)程度及工藝性質(zhì)，將其化分為無煙煤、煙煤、褐煤等大類，各大類煤種又可以被劃分為不同的細分種類和牌號，然后按其種類、等級加以利用。
但近年來使用的“煤炭分質(zhì)利用”術(shù)語，所指則有所不同。具體而言，一般是采用中低溫?zé)峤饧夹g(shù)對煤炭進行分質(zhì)，獲得氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)產(chǎn)物，然后再根據(jù)各類熱解產(chǎn)物的組成、性質(zhì)，有區(qū)別地加以利用，生產(chǎn)化工原料和各類化學(xué)品。按照這個定義，煤炭煉焦實際上就是分質(zhì)利用的典型工藝。然而，目前說起煤炭分質(zhì)利用的時候，并不包含煤炭焦化，因為這個術(shù)語還有幾個隱含的條件：煤炭特指褐煤、次煙煤等低階煤；熱解指的是中低溫?zé)峤狻?br />
所謂低階煤，是指成煤晚、處于低變質(zhì)階段的煤，它具有水分含量高、發(fā)熱量低、揮發(fā)份含量高、反應(yīng)活性高以及易燃易碎等特點。如果直接燃燒或氣化，不僅效率低，而且污染嚴重。在我國10200億噸探明煤炭儲量中，55%以上為低階煤。而且目前開采的低階煤中，90%以上用作了發(fā)電、工業(yè)鍋爐和民用燃料直接燃燒，由此引發(fā)一系列嚴重的生態(tài)和環(huán)境污染問題。對潔凈能源的需求，催生了對我國豐富的低階煤資源進行高效潔凈利用技術(shù)的要求。
在這個背景下，依據(jù)低階煤組成與結(jié)構(gòu)特征實現(xiàn)清潔高效利用的分質(zhì)利用技術(shù)體系就應(yīng)運而生了。低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)可通過熱解進行脫硫、脫氮、脫除熱解水，可以避免散煤以及干煤運輸?shù)奈廴疚锱欧?，減少無效能耗，實現(xiàn)煤炭高效轉(zhuǎn)換、分級分質(zhì)的清潔利用。
分質(zhì)利用技術(shù)在實現(xiàn)最大化利用低階煤資源的同時，還能夠有效提升我國油氣自給能力、降低對外依存度，提高能源安全保障。低階煤中蘊藏著豐富的油、氣和化學(xué)品資源，如果按甲烷產(chǎn)率4.2%、熱解油產(chǎn)率7.1%估算，我國目前每年消費的19億噸低階煤中可制取液化天然氣0.81億噸、燃料油1.37億噸。根據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù)，截至2014年，我國已探明適于清潔高效梯級利用的低階煤儲量約8758億噸，其中蘊藏的油品、天然氣資源分別相當(dāng)于我國已探明石油、天然氣可采儲量的20倍和11倍。
此外，低階煤分質(zhì)利用經(jīng)濟競爭力強。以煤熱解為龍頭的分質(zhì)利用技術(shù)具有極強的延展性和耦合性，能夠?qū)崿F(xiàn)煤、油、氣、電、化多聯(lián)產(chǎn)一體化，其水耗和投資分別是傳統(tǒng)煤化工的1/7和1/3?；谝欢ǖ拿嘿|(zhì)指標和假設(shè)條件，對低階煤分質(zhì)利用與低階煤直接發(fā)電的技術(shù)經(jīng)濟指標進行測算的結(jié)果表明，低階煤分質(zhì)利用的綜合能效、內(nèi)部收益率分別比低階煤直接發(fā)電高大約11個和2個百分點。
期待更多工程實踐
與煤制油、煤制氣、煤基甲醇制烯烴、煤制乙二醇和煤制芳烴等五大新型煤化工技術(shù)路線相比，低階煤先分級提質(zhì)、后開發(fā)利用的技術(shù)路線，具有顯著提升物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化率、降低能耗與水耗、提高能效、減少污染的特點，適合在我國低階煤資源豐富、生態(tài)脆弱和水資源缺乏的地區(qū)開發(fā)利用。在《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》中，對低階煤分支利用到2020年的發(fā)展預(yù)期是產(chǎn)能達到1500萬噸/年。
其實，低階煤分質(zhì)利用的思路早在上世紀90年代中期便已誕生。當(dāng)時，由于國內(nèi)油氣消費對外依存度逐年增大，有學(xué)者提出對較年輕的煤種采用快速熱解和快速冷凝的煤拔頭工藝，獲得較高的油品資源。煤拔頭工藝的提出，突破了傳統(tǒng)的煤炭利用方式，這與石油多層次加工、梯級轉(zhuǎn)化、分質(zhì)利用的思想有異曲同工之妙。
進入21世紀，學(xué)術(shù)界對采用煤炭快速熱解的煤拔頭工藝開展了多方面的研究。2012年，中國科學(xué)院依據(jù)低階煤的組成與結(jié)構(gòu)特征，提出低階煤清潔高效梯級利用的解決方案，即以高效熱解為先導(dǎo)，提取煤炭中存在的油氣資源，剩余的半焦用于燃燒發(fā)電或經(jīng)氣化定向轉(zhuǎn)化為液體燃料和化學(xué)品，形成了“熱解—油氣提質(zhì)—半焦燃燒—發(fā)電”“熱解—氣化—合成”和“熱解—氣化——費托合成——油品共處理”三條技術(shù)路線。為推動技術(shù)的研發(fā)和工業(yè)化，在中國科學(xué)院“還牽頭成立了“低階煤利用產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟”，聯(lián)合國內(nèi)近30家大型企業(yè)、設(shè)計院開展技術(shù)攻關(guān)。不過，2012?2014年，受宏觀經(jīng)濟形勢影響，低階煤分質(zhì)利用技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用稍有遲滯。
直到2015年1月，國家能源局、環(huán)保部、工信部聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于促進煤炭安全綠色開發(fā)和清潔高效利用的意見》，提出要鼓勵低階煤分質(zhì)利用技術(shù)研發(fā)和示范，以提高煤炭利用附加值，不久之后出臺的《煤炭清潔高效利用行動計劃（2015-2020）》也對煤炭分質(zhì)利用拋出了橄欖枝。其后，煤炭分質(zhì)利用技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用得以全面展開。比較突出的新技術(shù)有陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院與北京柯林斯達聯(lián)合開發(fā)的CGPS技術(shù)；工業(yè)應(yīng)用的代表項目則有北大青鳥內(nèi)蒙古青鳥蒙興化工有限公司規(guī)劃建設(shè)的1000萬噸/年低階煤分質(zhì)清潔高效綜合利用示范項目。
低階煤分質(zhì)利用技術(shù)的逐級分質(zhì)、梯級利用特點，造就了分質(zhì)利用技術(shù)天然的靈活性，基于煤質(zhì)特性、以市場為導(dǎo)向，通過優(yōu)化組合產(chǎn)品方案，可形成不同的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，組成各種產(chǎn)業(yè)鏈。
不過，雖然在過去幾年中，研究機構(gòu)、工業(yè)企業(yè)多方攻關(guān)，但是煤炭分質(zhì)利用仍有多個關(guān)鍵技術(shù)或裝備尚未取得決定性突破，有些目前甚至還看不見勝利的曙光，比如，迄今為止，進入工業(yè)化應(yīng)用、能較長周期穩(wěn)定運行的低階煤熱解技術(shù)和設(shè)備，基本上是以塊煤、碎煤為原料，為了進一步提高油品產(chǎn)率和質(zhì)量，降低原料煤的粒度、增大熱解升溫速度是主要的技術(shù)途徑，然而，受熱解流體產(chǎn)物與固體產(chǎn)物在線分離困難、熱解廢水難以處理等因素制約，粉煤熱解的工程化一直未得到有效突破。再如煤熱解定向制備油氣產(chǎn)品工藝運行的長期穩(wěn)定性、熱解后化學(xué)品的分離方法與技術(shù)等等，都有待進一步的技術(shù)突破。
實驗室研究永遠代替不了實踐探索，低階煤分支利用技術(shù)發(fā)展當(dāng)前存在的難題與瓶頸，只能在接下來的工程實踐中逐步解決。
