低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范

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1、中国科学院战略性先导科技专项低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范*王建国赵晓红（中国科学院山西煤炭化学研究所太原030001）摘要我国以煤为主的能源结构在未来相当长的时期内不会改变，探明煤炭储量中一半以上为低阶煤，但目前其利用方式（直接燃烧或气化）效率低、污染物和碳排放量大。为此，中科院依据低阶煤的组成与结构特征，提出了低阶煤清洁高效梯级利用的解决方案，即以高效热解为先导，提取煤中业已存在的油气资源，剩余半焦燃烧发电、或经气化定向转化为液体燃料和化学品。形成了“热解-油气提质-半焦燃烧-发电”、“热解-气化

2、-合成”和“热解-气化-费托合成-油品共处理”三条技术路线。计划经过5—10年的努力，突破10项以上关键示范技术，形成适合我国资源特征的高能效、低污染、低排放和高值化的低阶煤综合利用技术体系，使系统能效提高5—8个百分点，硫、硝和重金属等污染物排放显著降低，CO2捕获成本降低30%—40%，以推动我国煤电和煤化工行业的技术进步。关键词低阶煤，梯级利用，关键技术，示范，热解DOI：10.3969/j.issn.1000-3045.2012.03.018煤炭是我国的低、且现有技术无法充分利用其资源价值，导致了主

3、要能源，长期以煤炭资源的巨大浪费。依据低阶煤的组成与结构特来占一次能源消费征，形成低阶煤的清洁高效梯级利用技术体系，实总量的70%左右，现其合理优化利用，意义十分重大。并且在未来相当长1低阶煤梯级利用是国家能源安全、国民经的时期内，仍将在济和社会可持续发展的重大需求我国的能源结构中占主导地位[1，2]。能源是社会与经济发展的基础和关键，能源研占我国已探明究是关系到我国战略安全和社会可持续发展的重王建国研究员煤炭储量（10200大课题。目前，我国正大力发展风能、核能和太阳能亿吨）55%以上的低阶煤（褐煤/次烟

4、煤）煤化程度等，这在一定程度上可缓解能源紧张的局面，但化石能源的主导地位短期内不会改变（图1[4]、图2[5]）。低，蕴藏其中的挥发分相当于1000亿吨的油气资源[3]。但由于低阶煤水含量高，直接燃烧或气化效率煤是我国能源的主体，消耗量逐年快速增长，2010年我国消耗22亿吨标准煤，占一次能源的*收稿日期：2012年5月14日骵髏髕2012年.第27卷.第3期低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范低阶煤煤化程度低、挥发分高、水含量高，直接燃烧或气化效率低[3]（表1）。但从化学角度看，低阶煤是由芳环、脂肪链等

5、官能团缩合形成的大分子聚集体。既含有以无定型碳与灰为代表的固体成分（60wt.%—80wt.%）、又含有高达10wt.%—40wt.%的由链烷烃、芳香烃、碳氧支链构成的代表煤本身固有油气成分的图1过去20年中国能源消费比例挥发分[6-8]。依据煤的组成和结构特征，将煤本身含有的油气挥发分先经热解提取出来（热解油气中既含有大量的CO、H2和CH4，也含有大量的脂肪烃和芳香烃，通过加氢处理，可以得到性能良好的燃料油），不仅可以避免资源浪费，而且可以节约大量水资源和降低CO2排放，同时热解后残渣的气化性能又远优于

6、原煤。因此，充分考虑煤炭的结构和组成特征，发展清洁高效梯级转图2未来中国一次能源消费预测（基准情景）化技术，利用低阶煤中挥发性烃类化合物可在温和条件下直接转化为68%[5]，而且这种以煤为主体的能源结构将在未来油气/化学品的特点，提高煤炭利用效率，减少CO2相当长时期内难以改变[3]，预计2010—2050年的总排放，是我国当前煤炭利用产业的战略需求，也是消费量在1000亿吨标准煤以上（图2）[5]。但目前我解决我国油气资源短缺的可行和有效途径。国煤炭的主要利用方式是直接燃烧以用于发电和工业供热，其效率低、

7、污染严重。因此，协调解决煤2国内外研究概况及发展趋势炭利用过程的效率与环境问题，是当前我国能源发目前，煤炭的利用方式主要分为：燃烧（供热、展的现实选择和必然要求，是保障我国能源安全、发电）、炼焦（炼钢、炼铁）、气化（化肥、化学品）、液促进我国经济可持续发展、缓解我国面临的巨大环境压力的一项重大而长表1我国煤炭资源分类及其性质（数据来源：第三次全国煤田预测资料）远的战略性任务。煤种褐煤低变质烟煤中变质烟煤无烟煤我国煤炭资源中以比例%12.6842.4527.5817.28褐煤/次烟煤为代表的水分%（收到基）2

8、0—5010—2010—152—10低阶煤占55%以上，储量[3]挥发分%（无水无灰基）38—6537—5510—403—6达5612亿吨。近期，新发热量kcal/kg2000—4000~50005000—6000~7000疆新增约2.19万亿吨煤适宜用途转化转化/发电炼焦/发电气化/发电炭储量，也多为次烟煤。中国科学院院刊骵髏髖中国科学院战略性先导科技专项化（汽油、柴油）等，其中燃烧、炼焦、气化、直接液化关键技