煤专项：开启煤炭清洁高效利用新途径

在中国的能源结构中，石油和天然气资源稀缺，煤炭储量相对丰富，占能源结构的近70%，占据主导地位。目前，中国已探明的煤炭储量为10.2亿吨，其中55%以上是低变质程度的低阶煤，含有相当于1000亿吨油气资源的挥发性成分。然而，由于低阶煤水分含量高，直接燃烧或气化效率低，现有技术无法充分利用其资源价值，造成煤炭资源的巨大浪费。

为此，2012年2月，中国科学院启动了“低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范”科技战略试点项目。根据低阶煤的组成和结构特征，提出了低阶煤清洁高效梯级利用的整体解决方案。

“吃干榨净”煤

根据低阶煤的组成和结构特点，特别提出了低阶煤清洁高效梯级利用的总体方案，即“以高效热解为导向，提取煤中现有的油气资源，剩余半焦燃烧发电或气化后定向转化为燃料和化学品”。

根据总体规划，特别形成了“热解-油气提质-半焦燃烧-发电”、“热解-气化-合成”和“热解-气化-费托合成-油共处置”三条具有代表性和代表性的工艺路线。建立了一套高能效、低污染、低排放、高附加值的低阶煤综合利用技术体系，可显著降低硫、硝酸盐、重金属等污染物的排放，实现低阶煤“吃干榨净”。

中国科学院山西煤化学研究所是试点项目的牵头单位。王建国董事告诉《中国科学日报》:“根据煤炭项目研发项目布局中的工艺路线和产品链关系，我们以系统集成的方式进行了综合分析和评价，计算出低温热解+发电的综合能效达到46.78%，比燃煤亚临界发电高8.78个百分点。加氢热解+FT合成能的转化效率为51.91%，比煤间接液化的转化效率高8.85个百分点，实现了低阶煤试点项目的预定目标。”

王建国表示:“热解是煤炭项目的‘主导技术’，重点突破煤炭热解制取油气的关键技术。在低温热解方面，通过原有的固体物料加热、物料循环控制、热解炉排焦等手段，成功控制了固体热载体燃烧床与热解床之间的能量和物料交换，实现了两床的有机耦合。”2015年11月，“240吨/日固体热载体煤低温热解中试装置”实现满负荷稳定运行，这是我国首次实现10万吨/年规模的循环流化床煤粉热解装置满负荷运行，为后续热解炭燃烧气化目标的实现奠定了坚实基础。在加氢热解方面，采用“溶剂循环自平衡”来解决液化产物结构分布难以调控的难题。到2015年底，10000吨加氢热解将在内蒙古鄂尔多斯连续稳定运行128小时。

项目实施开辟了一条新的道路

对于低阶煤，如何“燃烧”是一个非常关键的问题。为此，对超临界循环流化床燃烧发电技术和燃煤烟气污染物去除净化技术进行了专项研究。在半焦燃烧方面，设计了一种新型的多边形炉型，突破了大型循环流化床燃烧均匀性的核心技术，达到了国内领先水平。

众所周知，烯烃、芳烃等大宗化学品和汽油、柴油等大宗液体燃料是国民经济发展的重要基石。传统的生产方法主要使用各种工艺来提炼石油或其衍生物，而煤炭项目则侧重于解决由合成气和甲醇生产大宗化学品和燃料的关键问题。

王建国表示:“2017年1月11日，年产10万吨合成气乙醇装置成功开启了生产分析纯无水乙醇(99.71%)的全过程，标志着世界首个二甲醚煤制乙醇示范项目试运行成功。”

在项目实施过程中，随着国民经济结构的调整，专项项目遇到了“示范装置原位置和规模发生变化”的问题，直接影响了示范项目的进展。

2013年8月，“多级转化流化床煤气化技术及工业示范”课题与一家企业签订了工业装置示范项目合作协议。但是，由于煤化工行业整体低迷，企业经营困难，项目无法按时实施。随后，课题组积极与多家企业沟通，最终与陕西煤化新能源有限公司签订了合作协议。

工业化促进企业发展、升级和转型

经过近五年的努力，煤炭项目的许多关键技术已经具备了示范或产业化的条件。部分技术已在企业建设中得到示范，实现了预定目标，为推进工业化奠定了良好基础。

王建国说:“煤炭企业要想真正摆脱困境，实现转型升级，就必须大力推广清洁高效用煤。项目与一批大中型煤炭企业的合作，不仅可以加快科技成果的转移和转化，还可以促进企业产业结构的调整。”

据王建国介绍，许多煤炭企业都积极参与项目开发。如神华集团煤制油化工有限公司参与“千吨合成气制低碳醇工业侧线装置”，潞安集团参与“5万吨/年钴基固定床费托合成技术工业示范”和“世界首台10000-5万m3/h二氧化碳甲烷转化炉”，陕西煤业集团参与“甲醇制丙烯关键技术”、“千吨多级流化床气化技术”，云南先锋参与

在专项实施期间，将带动大中型企业投资100亿元左右。王建国说:“预计“十三五”期间将投资400亿元，为我国企业转型、产业升级和煤炭清洁高效利用发挥重要的技术保障作用，为经济社会发展培育新动力、拓展新空间。”