十二五期間我國潔凈煤技術(shù)發(fā)展值得關(guān)注的方向

“十二五”期間我國潔凈煤技術(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“十一五”期間煤炭產(chǎn)量由2005年的22億t增長到2010年的32.4億t。2009年中國煤炭消費占世界的46.9％，位居世界第一位；人均煤炭消費量約1.72tce，是世界平均的2.42倍，位居澳大利亞、南非、哈薩克斯坦等國之后，居世界第8位；中國已成為備受關(guān)注的煤炭生產(chǎn)和消費大國。中國從1990年提出發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)。2000年以來，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煤化工轉(zhuǎn)化領域，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)接近或達到國際先進水平，有些技術(shù)處于國際領先水平。為我國大規(guī)模實現(xiàn)潔凈煤技術(shù)產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎。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％的無機硫和一部分汞等，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)能率達到約30％，僅此一項燃煤工業(yè)鍋爐年節(jié)能潛力在1億tce以上。中國選煤技術(shù)已躋身世界先進水平行業(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家。大型高效選煤廠建設發(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)模達到31Mt/a。僅神華集團1家建成投運36個選煤廠，總規(guī)模超過2.87億t/a，其中洗選能力超過千萬噸的選煤廠13個，2010年洗選加工原煤3.05億t。1.2一批先進煤化工轉(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行，煤制天然氣正在建設中。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發(fā)了具有自主知識產(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)與裝備相繼進行示范和投入工業(yè)化運行。多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)取得突破性成果，國內(nèi)約有15家企業(yè)，40臺氣化爐裝置在運行，其性能指標達到世界先進水平；航天爐除了2套已投產(chǎn)的裝置外，還有約10個項目、16套氣化爐即將運行，這些煤氣化技術(shù)均適合未來裝置大型化、高效運行的需要。1.2.2煤炭直接液化進入工業(yè)試運行階段建成了百萬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噸級煤直接液化關(guān)鍵技術(shù)及示范”成果已經(jīng)鑒定，達到世界領先水平，成為世界唯一掌握百萬噸級煤直接液化技術(shù)的國家。該工藝已經(jīng)在美國、俄羅斯、澳大利亞、烏克蘭、加拿大等國獲得專利。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t，其中70％為高標號柴油，20％為高潛芳烴石腦油，10％為LPG。2011年上半年已經(jīng)開始盈利。目前影響連續(xù)運行的主要問題有：（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)泵等設備故障。經(jīng)過系統(tǒng)改造，運轉(zhuǎn)情況越來越好。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t/a規(guī)模的裝置在試運行，產(chǎn)品開始應用，工程化技術(shù)不斷完善，為更大規(guī)模的裝置建設積累工程經(jīng)驗。其中內(nèi)蒙古伊泰16萬t/a煤炭間接液化項目從2010年7月起達到連續(xù)在90％～110％負荷之間運行生產(chǎn)。截止2010年底，累計運行9932h，生產(chǎn)各類油品12萬t。兗州礦業(yè)集團建設了5000t/a低溫費托合成中試裝置，累計運行6068h，連續(xù)穩(wěn)定滿負荷運行4706h；建設了國內(nèi)唯一的5000t/a高溫費托合成中試裝置，累計運行5560h，連續(xù)穩(wěn)定運行1980h。甲醇制汽油（MTG）取得積極進展。2006年晉城煤業(yè)集團引進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，裝置累計運行8000余h，生產(chǎn)37400t汽油、8100t均四甲苯混合液、7700t液化石油氣，裝置運行負荷95％以上。該項目運行的主要問題是加壓灰熔聚氣化技術(shù)在應用方面還不成熟，低溫甲醇洗系統(tǒng)的腐蝕現(xiàn)象嚴重。1.2.4煤制烯烴技術(shù)進入工業(yè)生產(chǎn)運行狀態(tài)神華包頭采用中國科學院大連化物所DMTO技術(shù)建立的60萬t/a工廠，2010年8月8日，煤制烯烴項目甲醇制烯烴核心裝置投料試車成功，截止2010年底，試生產(chǎn)連續(xù)運行740h，累計生產(chǎn)聚烯烴8萬t。聚丙烯和聚乙烯裝置日生產(chǎn)負荷均超過100％。該項目運行的主要問題是：（1）實際煤耗比設計煤耗高約10％；（2）催化劑生焦率比設計偏高。大唐MTP裝置于2009年7月建成46萬t/a聚丙烯裝置，并進行了試運行。神華寧煤MTP裝置于2010年9月開始投料試車，10月產(chǎn)出純度為99.69％的合格丙烯，單臺MTP反應器的生產(chǎn)負荷控制在60％～80％范圍內(nèi)，最大達到100％。存在問題是產(chǎn)品水分含量高。清華大學開發(fā)的新型流化床甲醇制烯烴技術(shù)（FMTP）建設了處理3萬t/a甲醇的裝置，2009年10月實現(xiàn)了470h連續(xù)穩(wěn)定運行。1.2.5煤制天然氣、乙二醇項目建設進展順利煤制天然氣技術(shù)是通過煤氣化、煤氣凈化和煤氣甲烷化的過程，產(chǎn)品氣中甲烷含量可高達95％以上，完全可以替代天然氣使用。國家已經(jīng)審批了4個煤制天然氣項目。2009年8月30日，大唐國際40億/a示范工程在內(nèi)蒙古克什克騰旗開工建設；大唐阜新項目2010年3月29日開工建設。2009年12月，第一個民營企業(yè)投資的16億/a煤制天然氣項目通過國家發(fā)展和改革委員會的核準。煤制乙二醇技術(shù)取得較大進展。2009年12月打通了全流程，試產(chǎn)出國標優(yōu)級品的乙二醇產(chǎn)品；2010年5月，完成年產(chǎn)10萬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題。1.3潔凈煤發(fā)電技術(shù)取得很大進步超臨界發(fā)電機組發(fā)展很快，新投產(chǎn)單機容量60萬kW超臨界發(fā)電機組占火電機組的60％以上。1000MW已經(jīng)達到16座，華能玉環(huán)電廠2×1000MW電廠供電煤耗為283.5gce/kWh，比全國火電機組平均煤耗低65gce/kWh，下降幅度約19％。IGCC發(fā)電取得積極進展。國家發(fā)展和改革委員會于2009年5月核準華能集團在天津濱海新區(qū)建設首座IGCC示范電站。該示范工程裝機250MW，2009年7月開工建設，預計2011年可投產(chǎn)發(fā)電。煙氣脫硫技術(shù)基本成熟，全國火電機組基本上都安裝了煙氣脫硫，煙氣脫硝取得了較大進展，目前采用煙氣脫硝技術(shù)機組容量約占火電機組容量的10％。2潔凈煤發(fā)展面臨的主要問題2.1煤炭質(zhì)量總體較差我國煤炭質(zhì)量較差，商品煤灰分高，中高硫分以上的煤炭比例較大。動力煤消費占煤炭消費的75％左右，煤質(zhì)普遍較差、波動較大，大多不能滿足設備要求，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)簽訂煤炭購銷合同，大多數(shù)中小用戶只能從煤炭經(jīng)銷商處購買煤炭，有些煤炭經(jīng)銷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)生嚴重的能效低下和污染問題。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58.48萬臺，以中小燃煤鍋爐為主，＞35t/h的工業(yè)鍋爐占工業(yè)鍋爐總臺數(shù)的96.86％。工業(yè)鍋爐年煤炭消費量約6億t，鍋爐平均熱效率在60％～65％，部分鍋爐運行熱效率甚至低于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)與裝備國產(chǎn)化水平很低，基本依靠進口。大型煤炭洗選設備如振動篩、離心機、過濾機等國產(chǎn)設備可靠性差、壽命短，主要依靠進口。關(guān)鍵的煤化工技術(shù)如干煤粉氣化，煤液化泵閥、反應器，大型空分設備，大型甲醇反應器，煤制烯烴、天然氣等諸多裝置均需要進口。2.3政策和標準問題煤炭產(chǎn)品質(zhì)量標準范圍較寬，很多為推薦性標準，執(zhí)行情況不好，有些標準的規(guī)定已不能適應潔凈煤技術(shù)快速發(fā)展的需要。動力煤比價不合理，動力用煤沒有做到按煤炭質(zhì)量計價，缺乏根據(jù)煤炭發(fā)熱量、灰分、硫分、粒度等主要指標的煤炭計價辦法。煤炭運輸價格不合理，沒有做到優(yōu)質(zhì)煤低價運輸。不少地方還出現(xiàn)運輸洗精煤價格高于運輸?shù)土淤|(zhì)煤價格的規(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)注的重點方向全球氣候變化與碳減排氛圍下，煤炭潔凈利用趨勢會更加強勁，潔凈煤技術(shù)發(fā)展必須解決提高煤質(zhì)、開發(fā)先進技術(shù)與裝備、加強管理與標準建設。在技術(shù)裝備方面應重點開展以下工作。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：我國煉焦煤洗精煤灰分平均在12％左右，國外煉焦精煤灰分一般在8％～10％，甚至更低，我國和國外差距還很大；我國主焦煤資源短缺，屬于稀缺煤種。為滿足鋼鐵工業(yè)需要，必須對煉焦煤進行精細加工，研究和開發(fā)粗煤泥和細煤泥高效洗選回收技術(shù)與成套裝備。開發(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)動機代油燃料等，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)無法實現(xiàn)。開發(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隨煤炭的利用而遷徙，危害大，已經(jīng)受到國際社會關(guān)注，要加大有害元素脫除技術(shù)研究。3.1.2動力煤洗選技術(shù)動力用煤占煤炭消費的75％左右，目前動力煤入洗率只有35％左右。要結(jié)合大型煤炭基地建設，加快開發(fā)1000萬t/a級的煤炭洗選技術(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)嚴重滯后，褐煤利用的技術(shù)瓶頸問題已凸現(xiàn)出來。開發(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)研究開發(fā)新型高效工業(yè)鍋爐技術(shù)，鍋爐運行熱效率＞85％，氮氧化合物排放滿足其排放標準。3.3高品質(zhì)煤基碳材料制備技術(shù)開發(fā)研究不同煤種制活性炭的核心技術(shù)，開發(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)開展褐煤直接氣化、高灰熔點有粘結(jié)性煤氣化、煤催化氣化甲烷化等新技術(shù)攻關(guān)，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)與裝備；開發(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，開展核心裝備攻關(guān)，滿足商業(yè)化運行煤液