六盘水煤炭清洁高效利用方向研究

2023-08-16靖剑中湛传骏

科技与创新 2023年10期

靖剑中，邓雷，湛传骏

（贵州省煤炭产品质量监督检验院（国家煤炭清洁转化质量检验检测中心），贵州六盘水 553000）

六盘水是一座因煤而生、因煤而兴的城市，素有“西南煤海”之称，是长江以南最大的主焦煤基地、国家实施“西电东送”西部大开发战略的主战场之一。煤炭预测储量569 亿t，品种全、质量好、易开采，其中炼焦煤保有储量95 亿t。2005 年六盘水被中国气象协会授予“中国凉都”称号，境内风光优美、气候宜人，多次被评为“中国十大避暑城市”。然而煤炭利用与生态环境不能和谐共生，严重影响了“中国凉都”旅游城市的发展，煤炭清洁能源综合利用引起了政府的高度重视，市委市政府多次在印发的文件以及领导调研时明确指出应对煤炭采取分级分质利用。

1 煤炭分级分质利用的必要性

1.1 政府高度重视

为实现“双碳”目标，2019 年贵州省六盘水市政府印发《贵州六盘水产业转型升级示范区建设方案（2019—2025 年）》，其中明确指出，加快煤炭产品分类生产、分级加工和分级利用。2021 年4 月六盘水市政府下发关于《六盘水市生态环境保护责任清单》通知，其中明确指出，协调能源资源节约和综合利用，增加清洁能源使用，打造循环经济、减排示范工程城市。为贯彻落实《贵州省“十四五”战略性新兴产业产业集群》《中共六盘水市委关于制定六盘水市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》等精神，需要早日实现六盘水市煤炭清洁高效综合利用，打造六盘水的清洁能源品牌，打赢蓝天保卫战。

1.2 六盘水分级分质进展及现况

六盘水市地质特征多样化，蕴藏着多种矿产资源，其中煤炭资源分布广、储量大、种类全，但利用方式方法较为单一，主要以传统煤化工为主。在“双碳”目标的背景下，煤炭清洁利用方向的探究迫在眉睫，要以丰富的煤炭资源为依托，寻求广泛而较大规模的开发和利用，成为矿产资源清洁高效利用的典范。煤炭的开发与矿山企业的发展，已使六盘水成为江南最大的炼焦煤生产基地和南方商品煤输出主要城市之一，不仅充分满足六盘水本地对煤炭的大量需要，而且为支持江南缺煤、少煤省区作出了重要贡献。然而，在煤炭开采、加工、利用过程中会产生大量的工业固废，随意堆弃和排放，不仅会造成严重环境污染，破坏生态环境，同时也是各类资源的巨大浪费。面对环境和资源和双重挑战，煤炭产业实施分质分级综合利用研究，工业固废开展资源化利用研究，既符合中国环境保护和资源综合利用技术政策，也是煤炭工业实施可持续发展战略的关键。

2022 年新国发2 号文的发布，体现出政府对煤炭分级分质利用高度重视，2019 年对六盘水市煤矿进行部分参数物理性质及化学性质的分析，六盘水煤炭分级分质利用取得积极进展，但由于受设备制约，煤中许多元素含量并未涉及，如煤中氧、铝、镓、锗、钒、锂等元素，同时许多赋存的有机物含量也未检测。经过此次煤质分析发现，煤中各元素及有机物赋存状态是制约煤炭清洁高效利用的关键瓶颈。往往被忽略的参数最后变成导致煤化工、煤制氢等失败的关键因素。

1.3 煤炭源头分析在煤炭分级分质利用中的重要性

煤炭分级分质利用是煤炭清洁高效利用的一个主要方向，主要是从原煤的煤质特性、岩相特征等入手，深入解析原煤的物理性质、化学性质、煤中各种元素的含量等特征，从而确定出煤炭清洁利用方向。当前，中国煤炭分级分质利用受到科研人员的追棒，经过科研人员们不懈努力取得一定进展，但煤炭分级分质利用水平较低，主要是源头（原煤）需进一步分析，如各个地方煤炭种类、煤矿之间各种元素含量、化学性质及物理性质等均存在差异，而企业存在对煤质认识不足导致设备中毒、生产达不到预期、行业标准缺失等问题。随着资源越来越受到重视，煤炭高效清洁利用是一种趋势，并伴随中央制定的“2030 年实现碳达峰、2060 年实现碳中和”目标，煤炭清洁高效利用作为中国能源战略的重要组成部分被提高到前所未有的高度。

2 煤炭分级分质利用意义及前景

2.1 填补少油难题

中国多煤少油，煤炭分级分质利用有助于增加油气供给，部分煤炭可以直接或间接液化成油，从而解决中国“贫油”的难题。相关文献显示：中国煤炭主要为粗放式发展，从而浪费的煤制油资源占55%，若对煤炭进行分类利用，实现分质分级，将增加1.43 亿t燃料油、0.84 亿t 液化天然气，燃油的量相当于中国进口量的1/2。

2.2 煤炭资源绿色发展

煤炭分级分质利用有助于发展绿色产业，变资源优势为市场优势。中国经济经济发展面临资源、能源、环保与可持续发展约束，而清洁能源具有绿色环保、资源利用最大化、发展途径多样化、可发展煤化工煤制氢等项目的特点，且六盘水市煤炭储量丰富。

2.3 抢占技术高地

充分依据贵州省煤炭品种多、品质好的优势，针对各地区煤质特征，研究制定煤炭生产、技术标准，为打造地方煤特色品牌，煤炭市场生产、洗选、加工和利用提供参考和依据，努力形成在西南地区具有影响力的煤种品牌，构建新型的煤炭市场体系框架，促进全省煤炭市场优化配置。

2.4 促进绿色资源发展

煤炭分级分质利用有助于促进绿色资源发展，提供新兴基础源材料。鉴于六盘水煤炭储量丰富、产业链完整、交通发达、水资源丰富这些优点，积极探索出煤炭分级分质利用的新技术，为下一步发展煤制油、煤制氢、煤制甲醇等产业做好技术储存。

2.5 建立自主的标准化体系

六盘水市煤炭资源利用方式单一，产业链延伸度存在短板，精细加工及深度转化利用的系统性有待加强，产品附加值不高，就地深加工转化、分质加工分级利用开发不足；同时固体废弃物的利用有待进一步深化，特别是煤矸石、煤泥、粉煤灰等固体废弃物转化应用路径较窄，应用价值不高，未得到充分的高效利用，有待深入发掘应用技术研究途径。新型煤化工工艺水平较低，尚在起步阶段，化工产业链应用还保留在链条初端。六盘水作为“西南煤都”，煤炭资源优势未能充分发挥，特别是特殊、稀缺煤资源未进行深度开发利用。这就充分暴露出标准化体系的缺失，导致煤基化工工业简单粗暴的发展。

2.6 实现原材料自主自控

通过对煤质物理、化学性质检测分析，拓展PGA、烯烃、乙二醇、煤制油气等煤化工产品检验检测资质，提升贵州省乃至西南片区煤化工产品的检验检测能力，研究不同煤质对高效转化的影响，为企业产品生产提供数据和技术支持。针对煤炭高效转化利用中的关键技术问题，在生产工艺、催化转化等技术方面研究探讨，提出适合贵州省煤炭资源特征的高能效、低污染、低排放、高值化的综合利用技术参考，促进发展煤炭清洁高效利用。

3 煤炭分级分质内容及方法

煤炭经破碎、筛分、磨细、熔样等预处理，根据检测参数不同进行相应的制备，再通过电感耦合等离子光谱发生仪、质谱仪、气相色谱仪、原子荧光光度计、原子吸收光度计、红外吸收、红外热导、紫外线分光光度计、显微镜煤岩光纤传输等设备或方法对其各元素组分含量、物理性质、化学性质、微粒细矿物的赋存、演化与迁移特征进行分析。立足“双碳”目标加快形成节约资源和保护环境的产业结构，结合贵州省“十四五”战略性新兴产业集群发展规划，紧盯煤炭资源分质分级利用需求，深抓煤炭清洁转化应用，主要开展以下几方面内容。

3.1 特殊、稀缺煤中有价金属成分提取和运用

立足六盘水煤炭资源的特殊性，在生态文明建设的要求下，研究煤炭清洁利用技术，充分摸清煤岩学、煤质学特征及变化规律，对特殊高元素煤（如煤中锗、镓、锂、铌、稀土等）及煤中铁、铝、钛等元素，明晰其赋存及嵌布状态，为煤洗选脱除铁、铝、钛、硅等元素工艺提供理论依据。揭示各元素在煤炭洗选加工过程中迁移规律，设计与之适配的脱除工艺，研究有价金属元素资源回收利用途径。并按照煤炭分质分级利用的最新要求开展专项煤质项目测试和煤质特征评价，建立六盘水煤质特性基础数据库，按照煤炭利用工艺的要求实现煤质和资源的动态评价，对具有特殊用途的煤炭资源做到优质利用和保护性开发，寻找可以满足不同煤炭清洁高效利用需求的、可以“专煤专用”的特殊用煤资源。

3.2 煤炭共伴生资源综合利用

通过对高岭土、硫铁矿、煤层气、低价煤等煤系共伴生矿物成分分析与检测，研究资源合理、妥善利用技术途径，加强综合利用技术研发力度和深度，促使变废为宝，减少环境污染，产生良好的经济、生态效益。

3.3 煤洗选加工后下游产物煤泥高效应用

煤泥是煤炭洗选加工的副产品，是由微细颗粒煤、粉化矸石和水组成的黏稠物。煤泥具有粒度细且均一、水分和灰分含量较高、热值低、粘结性较强、内聚力大的特点，给综合利用带来了诸多不便。随着煤炭入选比例的增大和机械化程度的提高，洗煤厂将排放更多的煤泥，如处理不好，不仅影响洗煤厂的正常生产，而且会造成严重的环境污染。因此，煤泥的无废排放综合利用问题非常紧迫。工业废水与洗煤厂残渣煤泥进行综合利用，变“两废”为“一宝”，生产高效洁净能源水煤浆。

3.4 煤矸石、粉煤灰等固体废弃物中稀有元素组分情况及回收利用

固体废弃物违规排放会对生态环境会造成污染，而且单一废弃处理会造成资源浪费，尤其是煤矸石、粉煤灰等。通过对氟、氯、汞、砷有害元素成分开展分析，探索出无害化处理应用，同时应明晰组分中具有重大战略意义的稀缺元素赋集情况，探究其回收利用技术。

3.5 煤炭深加工产品绿色利用技术研究

通过对煤质物理、化学性质检测分析，拓展PGA、烯烃、乙二醇、煤制油气等煤化工产品检验检测资质，提升六盘水煤化工产品的原料最大化利用，探究不同煤质对高效转化的影响，为相关企业生产提供数据和技术支持。针对煤炭高效转化利用中的关键技术问题，在生产工艺、催化转化等技术方面剖析，寻找出适合六盘水煤炭资源特征的高能效、低污染、低排放、高值化的综合利用方法，促进发展煤炭清洁高效利用。