加快煤炭分级分质利用 切实推动我国能源生产革命

1、加快煤炭分级分质利用 切实推动我国能源生产革命2016-04-18摘要：煤炭分级分质利用是实现煤炭清洁高效利用、切实推动我国能源生产革命的重要途径。近年来，伴随资源环境约束的不断趋紧，尤其是重雾霾天气的频繁出现，煤炭清洁高效利用作为我国能源战略的重要组成部分被提高到前所未有的高度，包括煤炭分级分质利用在内的技术创新不断提速并取得积极进展。但总体来看，我国煤炭分级分质利用水平仍较低，与推动能源革命的总体要求不符，仍然面临理念认识不足、系统配套技术落后、行业标准缺失、政策支持力度不够等问题，建议转变观念、高度重视，并将其纳入国家“十三五”规划并制定专项规划；加快系统性关键技术攻关和示范；研究制定洁

2、净煤替代散烧煤的质量标准和纳入京津冀洁净煤供应网络的具体方案；健全相关管理机制和财税支撑体系。关键词：煤炭，分级分质利用，能源生产革命，专项规划煤炭作为一种资源，本身并无“肮脏”与“清洁”之分。理论与实践均已表明，不科学的煤炭利用方式是造成当前能源环境问题的重要原因。由我国能源资源禀赋和开发利用现状所决定，实现煤炭清洁高效利用是推动我国能源革命战略的必然选择。近年来，为有效缓解资源环境压力，尤其是做好大气污染防治工作，煤炭分级分质利用作为提高煤炭清洁高效利用水平的重要途径开始引起政府关注。2014年6月27日，为贯彻中央财经领导小组第六次会议和新一届国家能源委员会首次会议精神，国务院办公厅下发

3、能源发展战略行动计划(20142020年)，明确要求“积极推进煤炭分级分质梯级利用”。2015年5月，国家能源局印发煤炭清洁高效利用行动计划(20152020年)，再次提出要“着力推动煤炭分级分质梯级利用”。伴随这些文件的出台以及政府重视程度的日益提高，近年来我国煤炭分级分质利用取得积极进展，但也在理念认识、配套技术、标准制定、政策支持等方面面临诸多挑战，严重制约着我国煤炭清洁高效利用战略和能源革命战略的实施，亟需通过纳入顶层设计、建立行业标准、鼓励产业示范、加强政策支持、强化部门协同等途径，加快推进煤炭分级分质利用。一、煤炭分级分质利用是实现我国煤炭清洁高效利用战略和能源生产革命战略的重要途

4、径煤炭分级分质利用是基于煤炭各组分的不同性质和转化特性，以煤炭同时作为原料和燃料，将煤的热解(干馏)与燃煤发电、煤气化、煤气利用、煤焦油深加工等多个过程有机结合的新型能源利用系统(下图)。与其他煤炭清洁高效利用方式不同，煤炭分级分质利用属于源头控制，其低温热解过程主要属于物理过程，热解产物为低成本的洁净煤、煤气和焦油产品。据中国工程院组织30位院士、400多位专家和95家单位历时两年完成的中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究(2014年)认为：“以煤的部分热解气化制高级油品、洁净煤发电、灰渣综合利用为主要特点的煤分级转化技术，与现有煤燃烧与煤气化技术相比，在能耗、环保以及经济性方面具有优越性

5、，可以跨越式提高煤炭利用效率、环境效益和经济性，有望改变现有煤炭利用方式，促进传统产业的升级改造。”煤炭分级分质利用技术路线1.有助于减少污染物排放和节约能源资源。当前，中小工业锅炉、窑炉、取暖炉、炊事用炉等分散燃煤占到我国煤炭消费量的20%，量大面广、集中度低、缺乏有效的污染物控制手段，每年排放二氧化硫接近1000万吨(与电力行业齐平)、氮氧化物320多万吨(仅次于电力和机动车)，是我国节能减排的当务之急。如以分级利用的煤气替代人口集中区的分散燃煤，可有效缓解当前城市煤改气过程中天然气供应不足的难题；以分级利用的洁净煤替代非人口集中区的分散燃煤，不但能减少分散燃烧用煤量、污染物排放量，而且不

6、增加成本。以京津冀地区农村散烧煤每年用量4224万吨计算，全部以分级利用的洁净煤替代，同时分级利用过程中产生的184万吨天然气和314万吨燃料油全部用于替代城市分散燃煤，可减排二氧化硫12.66万吨、氮氧化物0.82万吨、烟粉尘8.72万吨(分别占两市一省的8.57%、0.42%和6.85%)以及二氧化碳1107.66万吨。以分级利用的洁净煤替代电厂用煤，入炉煤水分降低、热值提高，发电效率可提高25个百分点。以2014年发电用低阶煤14亿吨左右计算，全部热解分级后再发电，将减排二氧化硫210万吨、氮氧化物124万吨、烟粉尘41万吨，分别占到全国的7.34%、5.72%和3.15%。此外，煤炭热

7、解的物理实现过程不但耗水很少，还会产生一定水分(煤中含水)。2.有助于推动煤炭产业转型升级。采用分级分质利用的新型煤炭利用方式，在全国大型煤炭煤电基地建设煤油气电多联产项目，可改变煤炭单一用于发电的产业结构，形成煤炭清洁高效利用战略性新兴产业链，进而增加煤炭有效需求、培育和形成新的经济增长点。具体而言，洁净煤脱除了挥发分等轻质组分及氧、硫、氮、磷等杂质，热值提高，更加清洁，可替代无烟煤、贫煤、瘦煤，广泛用于发电、高炉喷吹、民用、化工等领域；煤气可作为制氢、天然气及化工生产的原料，也可脱硫脱氮后直接燃烧发电；煤焦油可提取苯、酚、吡啶等几十种甚至上百种精细化工产品，也可加氢制取柴油、石脑油等清洁液

8、体燃料。这对于实现煤炭行业转型升级、化解产能过剩危机有着重要意义。3.有助于增加油气供给。我国每年消费近40亿吨煤炭中的55%以上含有丰富的油气组分，若全部实现分级利用相当于增加1.43亿吨燃料油、0.84亿吨液化天然气供应，仅燃料油就相当于我国每年石油进口量的一半。我国已探明适于分级分质利用的煤炭储量8758.32亿吨，其中蕴藏着约657亿吨油品和51万亿立方米天然气，分别相当于已探明石油可采储量的20倍、已探明天然气可采储量的11倍(中国煤炭工业协会数据，2014)。发展煤炭分级分质利用，可在一定程度上缓解我国油气资源对外高度依赖局面，对于提升我国能源安全保障程度意义重大。二、近年来我国煤

9、炭分级分质利用取得积极进展煤炭热解是煤炭分级分质利用的先导技术。根据热解对煤炭粒度的要求，可分为块煤热解技术和粉煤热解技术。我国块煤热解采用直立炉，技术成熟，在山西榆林、内蒙古乌海等地有一定规模的应用，生产能力近5000万吨/年，但技术较为落后，单套装置生产能力低于10万吨/年，污染物控制手段不到位，对环境影响较大。同时，随着我国煤炭大型机械化开采的普及，煤矿生产出来块煤的比重越来越小(不到20%)。在传统块煤热解面临发展瓶颈的同时，粉煤热解技术获得突破。我国从20世纪50年代就开始研究粉煤热解技术，在国家“863”“973”计划等的支持下，浙江大学循环流化床煤炭分级转化多联产技术、大连理工大

10、学固体热载体(DG)工艺、北京柯林斯达科技有限公司带式炉改性提质技术、大唐华银电力有限公司与中国五环工程有限公司合作开发的洁净煤技术(LCC)工艺、北京神雾环境能源科技集团股份有限公司蓄热式无热载体旋转床干馏技术、神华模块化固体热载体技术及广东肇庆市顺鑫煤化工科技有限公司褐煤热溶催化等诸多煤炭粉煤热解利用技术目前均已完成中试，不同程度地攻克了一些重大热解技术难题。需要指出的是，这些技术多因煤粉与焦油易混合粘在热解炉壁上形成堵塞，导致均未能实现大规模产业化。2014年，河南龙成集团低阶煤旋转床低温热解分质利用技术研究获得突破，解决了粉煤热解的技术难题。通过多管道燃烧加热技术及物料与多燃管动态热交

11、换技术，实现燃气多管道梯级供热、智能化精确温控；通过高效旋风一特种膜组合分离工艺，实现了4微米以上固体颗粒物回收与油气分离，解决了煤料加热不均匀及煤料传热慢难题；通过高温旋转动态密封技术，解决了油气外泄、空气内漏难题。同时，通过特殊的萃取工艺和萃取剂，实现油酚协同萃取，使热解废水达到生化处理的标准，并与成熟的生化处理技术相结合，实现循环利用、近零排放。据中国石油和化学工业联合会现场标定，应用该技术建设的单系统年处理原料煤百万吨级的生产线已能够实现长周期稳定运行，洁净煤产率71.53%，煤焦油产率11.05%，煤气产率9.87%，能效达90.70%；总规模1000万吨/年的煤炭分级分质清洁高效利

12、用项目已初步建成，为我国煤炭分级分质利用的发展起到了良好的示范作用。此外，在技术和设备的投资费用方面，与主要煤化工项目相比，煤炭分级分质利用的投资产出比高、经济性好。煤制气、煤制油的技术和设备费用占总投资的80%以上，而煤炭分级分质利用项目的技术和设备占比为68%，且核心设备实现国产化，相对于动辄投资超百亿的煤化工项目，成本较低且下降空间大，经济性优势明显。以龙成集团低阶煤旋转床低温热解分质利用技术为例，据调研，其制成品油成本为1944.64元/吨，不到煤直接液化的一半，制LNG成本为1.48元/立方米，是煤制气成本的2/3；其投资强度仅为0.7亿元/万吨油品，而神华、伊泰煤制油项目投资强度为

13、1.39和1.75亿元/万吨油品。三、煤炭分级分质利用仍面临诸多挑战(一)思想认识亟待提升尽管目前煤炭分级分质利用已引起国家重视，但其定位还很笼统，国家还没有专门的规划(仅在煤炭清洁高效利用行动计划(20152020年)中有简单描述)，下一步工作如何开展还未布局，且与其他国家相比，明显落后。早在20世纪30年代，德国就开始研究和应用煤炭分级分质利用技术并建立了工厂，成功地获取煤焦油，加工成柴、汽油，成为“二战”期间德国油品供应的重要来源。日本通产省在21世纪煤炭技术战略报告中，特别提到了提高燃料利用率的高增值技术，其中把低温快速干馏制取燃气、燃油及高价值化学品作为重要研究项目。美国能源部也把煤

14、中提取部分高品位液体燃料和化学品列入“21世纪能源展望”计划中一项重要内容。同时，社会各界对于煤炭分级分质利用的内涵特别是重要性的认识非常有限，行业外多数人甚至不知道煤炭分级分质利用这一概念，即使业内对其认识也大多停留在20世纪六七十年代，多数还不清楚煤炭分级分质近年来发生的根本性变化。(二)部分系统性配套技术有待攻克目前，煤炭分级分质利用部分系统性配套技术有待进一步解决和完善。一是热解装置能否大型化是影响煤炭分级分质利用经济性、环保性、安全性的重要因素。煤炭主体是碳，要拿出规模产量的焦油、煤气，必须将整体规模做大。尽管旋转床低温干馏分质利用技术已建成单系统百万吨级干馏装置并实现工业化应用，但

15、仍有进一步放大的空间。二是煤炭热解后的洁净煤如何与钢铁、建材、发电、民用、化工等产业实现有机连接、系统耦合，既是影响煤炭分级分质利用现实经济效益、社会效益和环保效益的重要一环，又是一个技术难点。热解所产洁净煤具有可磨指数高(提高10%15%)、有害元素低、发热量高、挥发分适中等特点，可替代无烟煤、贫煤、瘦煤，可广泛用于发电、高炉喷吹、民用、化工等领域。由于现有钢铁用高炉喷吹煤、电煤、民用散煤、化工用煤等均有一套严格的质量指标标准，洁净煤需要通过控制工艺来调控挥发分、热值等指标，以满足用户需求。因此，目前，工业上洁净煤广泛用于铁合金、电石、钢铁冶炼行业，但用于发电、民用烟煤替代、化工等耦合技术仍

16、处于初步探索阶段，尚不成熟。三是热解所产焦油成分复杂，含有的有机物超过1000种，主要是芳香族化合物，烷烃、烯烃化合物较少，有少量含氧、含氮和含硫的化合物。目前，工业上的焦油提质技术仍不成熟，煤焦油提取高附加值组分技术仍需要攻关。(三)缺乏科学的洁净煤质量标准原料煤经低温热解，降低了挥发分，脱除了部分硫、氮、重金属等有害元素，可用作民用洁净燃料，尤其适合作民用型煤。2014年6月国家能源局与京津冀三省市及相关能源企业签订的散烧煤清洁化治理协议明确提出“到2017年底，基本建立以县(区)为单位的全密闭配煤中心、覆盖所有乡镇村的洁净煤供应网络，优质低硫散烧煤、洁净型煤在民用燃煤中的使用比例达到90

17、%以上”。但由于目前洁净煤质量标准缺失，导致分级分质利用所生产的洁净煤并未纳入到各地供应方案；同时由于单个生产厂商规模普遍偏小、生产过程中易掺混有少量焦油，一些洁净煤利用还产生刺激性气体，导致洁净煤产品质量参差不齐、以次充好。当然，除民用外，洁净煤用于分散燃烧、发电、化工同样要有相应质量要求，而目前尚缺乏科学的质量标准，极易发生“劣币祛除良币”现象。(四)政策支持力度明显不够研发、应用和推广煤炭分级分质利用技术是一项跨行业、跨领域、跨部门的系统工程，涉及煤炭、油气化工、电力等多个行业，由于我国长期的行业分割，目前无论电力或化工领域的管理、技术人员对煤炭分级分质利用技术的认识都不够全面、系统，尚

18、未形成合力。同时，尽管国家有关部门已在相应政策规划或行动计划中提出要鼓励煤炭分级分质利用示范推广，但由于该技术属近年来提出并开发的一种新型煤炭利用方式，目前对这类技术仍未形成一套专门、系统、健全的示范鼓励和产业扶持政策，煤制油、煤制气等现代煤化工项目均建有示范项目，而煤炭分级分质利用示范仍是空白，加之目前洁净煤市场供应面狭窄、推广受限，在很大程度上限制了煤炭分级分质利用技术的应用和推广。四、推动煤炭分级分质利用科学发展的建议(一)转变观念、高度重视，将煤炭分级分质利用纳入国家“十三五”规划并制定专项规划政府部门要深刻认识加快煤炭分级分质利用是实现煤炭清洁高效利用、切实推动我国能源生产革命的重要

19、选择。有鉴于此，建议将煤炭分级分质利用纳入国家能源发展“十三五”规划，甚至可考虑纳入国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要。根据技术发展状况、区域煤炭资源条件、市场承接能力、水资源承载力和生态环境容量等因素，研究制定煤炭分质分级利用发展规划和行动计划，明确煤炭分质分级利用的适宜区域、发展规模，加快制定煤炭分级分质利用技术和装备标准，研究建立煤炭分级分质利用技术和装备评价机制，及时向社会发布先进技术和装备目录。同时，要充分利用多种媒体，加强宣传，提高全民认知程度，促进煤炭分级分质利用高起点、高水平发展。(二)加快推进煤炭分级分质利用系统性关键技术攻关和示范将煤炭分级分质利用技术列入国家“十三五”

20、国家重点研发计划优先启动专项，组织力量开展热解装置工艺优化与设备定型、热解与燃煤锅炉发电耦合、煤焦油加氢、煤气制氢联产LNG等技术攻关。鼓励并加快开展煤炭分级分质利用产业化示范和规模化利用，鼓励利用成熟的热解技术，在国家规划的煤炭煤电基地建设一批煤炭分级分质利用示范项目，推进煤化电热一体化发展，实现“分质分级、能化结合、集成联产”；待项目稳定运行、通过国家层面的验收后，有计划、有步骤地在全国范围内推广应用。(三)研究制定洁净煤替代散烧煤的质量标准和纳入京津冀洁净煤供应网络的具体方案为提高洁净煤替代散烧煤效果，避免以次充好，替代散烧煤的洁净煤应达到一定的质量要求，建议参照民用无烟煤的相关指标要求，从挥发分、硫分、灰分、焦油含量等方面制定洁净煤(洁净煤型煤)的质量标准。同时，加快论证以神府煤田圈为基础建立低温干馏洁净煤规模化生产示范基地和京津冀地区消费示范基地的可行性，研究制定将煤炭分级分质利用技术所产洁净煤、洁净煤型煤纳入京津冀洁净煤供应网络的