白进：煤系伴生三稀综合利用研究进展及展望

摘要： 专题：2023无烟煤产业大会暨无烟煤产衔接会　　2023年11月16日，2023无烟煤产业大会暨无烟煤产衔接会在山西晋城举行。中国科学院山西煤炭化学研究所研究员白进进行《煤系伴生...

专题：2023无烟煤产业大会暨无烟煤产衔接会

　　2023年11月16日，2023无烟煤产业大会暨无烟煤产衔接会在山西晋城举行。中国科学院山西煤炭化学研究所研究员白进进行《煤系伴生三稀综合利用研究进展及展望》主题演讲。

　　白进表示，从热量和能量密度来看，无烟煤是优质的化工原料，但是从碳属性和需求来看，通过煤气化的转化利用是无烟煤清洁、低碳、规模化利用的可行途径。

　　以为下演讲全文：

　　白进：尊敬的各位领导、各位专家，还有企业界的朋友们大家上午好！非常荣幸有这个机会在这里和大家进行这样的交流。今天这个命题作文，希望我就无烟煤煤质特性以及化工行业应用方向谈一谈，我讲一讲。

　　我想在座各位都是无烟煤的专家，如果有不妥之处还请大家批评指正。

　　首先想简单的讲一下我国能源利用现状，刚才张会长也讲到了，我们国家禀赋碳丰富，油气匮乏，这样的背景下煤炭绝对是能源结构当中的主体。加上下载可再生能源在短时间内还没有形成规模化利用的能力，所以在未来的一段时间内我们国家能源结构仍然是煤炭为主的。但是现阶段的利用过程当中煤炭主要是以燃烧的利用方式来利用，这个时候它发挥的是它的属性，燃烧过程简单的说就是碳和氧气的利用，我们国家现在每年有100多亿的二氧化碳的排放量，其中80%都是燃煤所产生的，燃烧不仅仅是发电燃烧，还有工业燃烧，在双碳的背景下，在可再生能源的发展，煤炭的利用的占比还有利用的方式也一定会发生一个变化，也就是我们所说的从燃料变成原料。大家也看到前几天关于谈减排这样的一个洽谈，后面肯定又会刮一阵风，把煤属性充分发挥是有利于煤炭高效清洁利用的，可再生能源可能是核能来利用的，煤炭作为碳的属性就更重要了，碳的属性是非常重要的，和我们衣食住行密切相关。

　　如何发挥碳的原料属性？不把煤作为燃料去燃烧，而是作为煤化工去利用，现有的主要包括气化或者间接转化或者焦化、低温热解等等，这些煤的化工和煤转化的利用方式是不是适合无烟煤？回到我们的题目，首先看一看无烟煤的煤质特性。

　　从微观的角度来看，碳的元素含量非常高的，氢碳比比较低，山西组硫分一般较低，多在1%以下，太原组中高硫、特高硫煤，硫分一般在2-4%，硫形态，有机硫、黄铁矿、硫酸盐，煤是多环芳烃构成的，缩环的数量对于一般的烟煤和褐煤来说是不一样的，数量越大，分子结构其实是越稳定的，大分子结构就决定了芳香肽或者分子结构不一样。无烟煤分子结构形成的片层具有比较好的结构。我们知道煤中除了有机元素之外还有大量的无机元素，也就是我们所说的煤硅的化学组成，不会超过80%，它的煤灰化学组成中的酸性氧化物和碱性氧化物也比较高，无烟煤规律的比值都比较低，有些地区的煤甚至可以达到1.2。在煤中的矿物质形态不是以氧化物的形式存在的，煤中矿物质主要的高岭土、石英、云母、黄铁矿，每种高挺图中在高温下矿物质莫来石，具有这样的有机组成、无机组成还有分子的特性，就决定了宏观的表现特点就是密度高、硬度高，可磨性一般，热量比较高，热稳定性比较高，黏结性差，化学反应性比较差，我们无烟煤得到的差不多。高规律总和灰熔点是比较高的，我们在实验室进行系统的研究，流动温度在15800到16200之间，形成灰渣的流动性比较差，经济性比较强。总体上无烟煤具有以上的特点，我们在分析的煤化工的路线上来看我们就可以知道低温热解这些利用方式统统都不适合无烟煤，如果无烟煤要通过化工的方式进行大规模的转化利用的话这是无烟煤实现清洁化利用的方式。无烟煤已经在化工当中华昱的项目，18年开始运行，到现在一直在运行，把气化进行增大，增加了粉煤的颗粒提供时间，碳转化率得到了提高，在98%以上。还有华东理工大学开发的东方炉也进行了成功的应用，在180厂吨制烯烃的气化装置，这样通过提高反应温度，增加颗粒的提高了碳的转化率，并且通过提高温度之后，把熔渣的温度段充分利用了我们无烟煤当中炉渣的在1550度实现了温度的排渣，也实现了无烟煤商业化的运行。

　　另外在山西180项目壳牌气化炉也成功实现了纯烧本地煤，除了这个以外，现在也已经充分成熟了，无烟煤在这些汽化装置上都已经完成了工业的试烧，在30年前已经通过18天的连续的运行，还有晋能集团和航天他们企业一起开发的神州炉也在完成490的运行。大家一直在说无烟煤用在汽化好像是有一些问题，当然可能是存在一些小的问题，但是其实在煤质和汽化技术角度来说这些问题都可以得到解决的，碳转化率不是太高，这个时候我们就可以通过提高气流床温度提高反映火星，还有我们可以增加颗粒在气化炉里面的停留时间，大家可以看无烟煤形成的颗粒来说，在气化装置里面可能达到320秒的时间才能够完全的转化，如果觉得转化率比较低的话可以提高温度，增加停留时间来解决，就具有一些天然的优势。此外气流床业态排渣，无烟煤的熔渣溶度递交高。我们中科院化学团队针对不同地区的无烟煤灰渣的特色和气化技术的特点，实现了少添加助剂，这个我们也给销售集团提供配额和方案，相当于卖煤的企业卖给汽化的用户。

　　无烟煤其他的方式，在1898年Vellman公司成立，1960年开发了系列固定床企划技术，可用焦炭作为原料，CO2作为企划及，只被CO用于羟基合成，无烟煤H/C低，适合的原料。此外包括像北京化工大学刘振宇教授发现在电场作用下焦炭、煤可以发生资热，和石漠化程度有关，基于这个开发了焦炭电感加热技术生产固态电石的新技术，也可以应用于无烟煤的利用，这个成本是会比较低的，而且是没有碳排放的，这样的一个绿电生产技术，重要的一个化工的一个原料，这也是可能的未来的一个利用的途径。

　　最后小结一下，从热量和能量密度来看，无烟煤是优质的化工原料，但是从碳属性和需求来看，通过煤气化的转化利用是无烟煤清洁、低碳、规模化利用的可行途径。无烟煤气化技术已经比较成熟，可以通过设计助剂，优化工艺进行提高企划能效，针对无烟煤特性开发新工艺、新技术：CO2汽化制CO、电石制备等。利用方式需结合当时产业布局，从产业链延伸的角度，实现价值最大化。

　　以上是我的汇报，谢谢大家！