六盤(pán)水煤炭清潔高效利用方向研究

靖劍中，鄧 雷，湛傳駿

（貴州省煤炭產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院（國(guó)家煤炭清潔轉(zhuǎn)化質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心），貴州 六盤(pán)水 553000）

六盤(pán)水是一座因煤而生、因煤而興的城市，素有“西南煤?！敝Q(chēng)，是長(zhǎng)江以南最大的主焦煤基地、國(guó)家實(shí)施“西電東送”西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的主戰(zhàn)場(chǎng)之一。煤炭預(yù)測(cè)儲(chǔ)量569 億t，品種全、質(zhì)量好、易開(kāi)采，其中煉焦煤保有儲(chǔ)量95 億t。2005 年六盤(pán)水被中國(guó)氣象協(xié)會(huì)授予“中國(guó)涼都”稱(chēng)號(hào)，境內(nèi)風(fēng)光優(yōu)美、氣候宜人，多次被評(píng)為“中國(guó)十大避暑城市”。然而煤炭利用與生態(tài)環(huán)境不能和諧共生，嚴(yán)重影響了“中國(guó)涼都”旅游城市的發(fā)展，煤炭清潔能源綜合利用引起了政府的高度重視，市委市政府多次在印發(fā)的文件以及領(lǐng)導(dǎo)調(diào)研時(shí)明確指出應(yīng)對(duì)煤炭采取分級(jí)分質(zhì)利用。

1 煤炭分級(jí)分質(zhì)利用的必要性

1.1 政府高度重視

為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，2019 年貴州省六盤(pán)水市政府印發(fā)《貴州六盤(pán)水產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)示范區(qū)建設(shè)方案（2019—2025 年）》，其中明確指出，加快煤炭產(chǎn)品分類(lèi)生產(chǎn)、分級(jí)加工和分級(jí)利用。2021 年4 月六盤(pán)水市政府下發(fā)關(guān)于《六盤(pán)水市生態(tài)環(huán)境保護(hù)責(zé)任清單》通知，其中明確指出，協(xié)調(diào)能源資源節(jié)約和綜合利用，增加清潔能源使用，打造循環(huán)經(jīng)濟(jì)、減排示范工程城市。為貫徹落實(shí)《貴州省“十四五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)集群》《中共六盤(pán)水市委關(guān)于制定六盤(pán)水市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》等精神，需要早日實(shí)現(xiàn)六盤(pán)水市煤炭清潔高效綜合利用，打造六盤(pán)水的清潔能源品牌，打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)。

1.2 六盤(pán)水分級(jí)分質(zhì)進(jìn)展及現(xiàn)況

六盤(pán)水市地質(zhì)特征多樣化，蘊(yùn)藏著多種礦產(chǎn)資源，其中煤炭資源分布廣、儲(chǔ)量大、種類(lèi)全，但利用方式方法較為單一，主要以傳統(tǒng)煤化工為主。在“雙碳”目標(biāo)的背景下，煤炭清潔利用方向的探究迫在眉睫，要以豐富的煤炭資源為依托，尋求廣泛而較大規(guī)模的開(kāi)發(fā)和利用，成為礦產(chǎn)資源清潔高效利用的典范。煤炭的開(kāi)發(fā)與礦山企業(yè)的發(fā)展，已使六盤(pán)水成為江南最大的煉焦煤生產(chǎn)基地和南方商品煤輸出主要城市之一，不僅充分滿(mǎn)足六盤(pán)水本地對(duì)煤炭的大量需要，而且為支持江南缺煤、少煤省區(qū)作出了重要貢獻(xiàn)。然而，在煤炭開(kāi)采、加工、利用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)固廢，隨意堆棄和排放，不僅會(huì)造成嚴(yán)重環(huán)境污染，破壞生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也是各類(lèi)資源的巨大浪費(fèi)。面對(duì)環(huán)境和資源和雙重挑戰(zhàn)，煤炭產(chǎn)業(yè)實(shí)施分質(zhì)分級(jí)綜合利用研究，工業(yè)固廢開(kāi)展資源化利用研究，既符合中國(guó)環(huán)境保護(hù)和資源綜合利用技術(shù)政策，也是煤炭工業(yè)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵。

2022 年新國(guó)發(fā)2 號(hào)文的發(fā)布，體現(xiàn)出政府對(duì)煤炭分級(jí)分質(zhì)利用高度重視，2019 年對(duì)六盤(pán)水市煤礦進(jìn)行部分參數(shù)物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)的分析，六盤(pán)水煤炭分級(jí)分質(zhì)利用取得積極進(jìn)展，但由于受設(shè)備制約，煤中許多元素含量并未涉及，如煤中氧、鋁、鎵、鍺、釩、鋰等元素，同時(shí)許多賦存的有機(jī)物含量也未檢測(cè)。經(jīng)過(guò)此次煤質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，煤中各元素及有機(jī)物賦存狀態(tài)是制約煤炭清潔高效利用的關(guān)鍵瓶頸。往往被忽略的參數(shù)最后變成導(dǎo)致煤化工、煤制氫等失敗的關(guān)鍵因素。

1.3 煤炭源頭分析在煤炭分級(jí)分質(zhì)利用中的重要性

煤炭分級(jí)分質(zhì)利用是煤炭清潔高效利用的一個(gè)主要方向，主要是從原煤的煤質(zhì)特性、巖相特征等入手，深入解析原煤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、煤中各種元素的含量等特征，從而確定出煤炭清潔利用方向。當(dāng)前，中國(guó)煤炭分級(jí)分質(zhì)利用受到科研人員的追棒，經(jīng)過(guò)科研人員們不懈努力取得一定進(jìn)展，但煤炭分級(jí)分質(zhì)利用水平較低，主要是源頭（原煤）需進(jìn)一步分析，如各個(gè)地方煤炭種類(lèi)、煤礦之間各種元素含量、化學(xué)性質(zhì)及物理性質(zhì)等均存在差異，而企業(yè)存在對(duì)煤質(zhì)認(rèn)識(shí)不足導(dǎo)致設(shè)備中毒、生產(chǎn)達(dá)不到預(yù)期、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失等問(wèn)題。隨著資源越來(lái)越受到重視，煤炭高效清潔利用是一種趨勢(shì)，并伴隨中央制定的“2030 年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和”目標(biāo)，煤炭清潔高效利用作為中國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分被提高到前所未有的高度。

2 煤炭分級(jí)分質(zhì)利用意義及前景

2.1 填補(bǔ)少油難題

中國(guó)多煤少油，煤炭分級(jí)分質(zhì)利用有助于增加油氣供給，部分煤炭可以直接或間接液化成油，從而解決中國(guó)“貧油”的難題。相關(guān)文獻(xiàn)顯示：中國(guó)煤炭主要為粗放式發(fā)展，從而浪費(fèi)的煤制油資源占55%，若對(duì)煤炭進(jìn)行分類(lèi)利用，實(shí)現(xiàn)分質(zhì)分級(jí)，將增加1.43 億t燃料油、0.84 億t 液化天然氣，燃油的量相當(dāng)于中國(guó)進(jìn)口量的1/2。

2.2 煤炭資源綠色發(fā)展

煤炭分級(jí)分質(zhì)利用有助于發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)，變資源優(yōu)勢(shì)為市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。中國(guó)經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨資源、能源、環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展約束，而清潔能源具有綠色環(huán)保、資源利用最大化、發(fā)展途徑多樣化、可發(fā)展煤化工煤制氫等項(xiàng)目的特點(diǎn)，且六盤(pán)水市煤炭?jī)?chǔ)量豐富。

2.3 搶占技術(shù)高地

充分依據(jù)貴州省煤炭品種多、品質(zhì)好的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)各地區(qū)煤質(zhì)特征，研究制定煤炭生產(chǎn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為打造地方煤特色品牌，煤炭市場(chǎng)生產(chǎn)、洗選、加工和利用提供參考和依據(jù)，努力形成在西南地區(qū)具有影響力的煤種品牌，構(gòu)建新型的煤炭市場(chǎng)體系框架，促進(jìn)全省煤炭市場(chǎng)優(yōu)化配置。

2.4 促進(jìn)綠色資源發(fā)展

煤炭分級(jí)分質(zhì)利用有助于促進(jìn)綠色資源發(fā)展，提供新興基礎(chǔ)源材料。鑒于六盤(pán)水煤炭?jī)?chǔ)量豐富、產(chǎn)業(yè)鏈完整、交通發(fā)達(dá)、水資源豐富這些優(yōu)點(diǎn)，積極探索出煤炭分級(jí)分質(zhì)利用的新技術(shù)，為下一步發(fā)展煤制油、煤制氫、煤制甲醇等產(chǎn)業(yè)做好技術(shù)儲(chǔ)存。

2.5 建立自主的標(biāo)準(zhǔn)化體系

六盤(pán)水市煤炭資源利用方式單一，產(chǎn)業(yè)鏈延伸度存在短板，精細(xì)加工及深度轉(zhuǎn)化利用的系統(tǒng)性有待加強(qiáng)，產(chǎn)品附加值不高，就地深加工轉(zhuǎn)化、分質(zhì)加工分級(jí)利用開(kāi)發(fā)不足；同時(shí)固體廢棄物的利用有待進(jìn)一步深化，特別是煤矸石、煤泥、粉煤灰等固體廢棄物轉(zhuǎn)化應(yīng)用路徑較窄，應(yīng)用價(jià)值不高，未得到充分的高效利用，有待深入發(fā)掘應(yīng)用技術(shù)研究途徑。新型煤化工工藝水平較低，尚在起步階段，化工產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用還保留在鏈條初端。六盤(pán)水作為“西南煤都”，煤炭資源優(yōu)勢(shì)未能充分發(fā)揮，特別是特殊、稀缺煤資源未進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)利用。這就充分暴露出標(biāo)準(zhǔn)化體系的缺失，導(dǎo)致煤基化工工業(yè)簡(jiǎn)單粗暴的發(fā)展。

2.6 實(shí)現(xiàn)原材料自主自控

通過(guò)對(duì)煤質(zhì)物理、化學(xué)性質(zhì)檢測(cè)分析，拓展PGA、烯烴、乙二醇、煤制油氣等煤化工產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)資質(zhì)，提升貴州省乃至西南片區(qū)煤化工產(chǎn)品的檢驗(yàn)檢測(cè)能力，研究不同煤質(zhì)對(duì)高效轉(zhuǎn)化的影響，為企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。針對(duì)煤炭高效轉(zhuǎn)化利用中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，在生產(chǎn)工藝、催化轉(zhuǎn)化等技術(shù)方面研究探討，提出適合貴州省煤炭資源特征的高能效、低污染、低排放、高值化的綜合利用技術(shù)參考，促進(jìn)發(fā)展煤炭清潔高效利用。

3 煤炭分級(jí)分質(zhì)內(nèi)容及方法

煤炭經(jīng)破碎、篩分、磨細(xì)、熔樣等預(yù)處理，根據(jù)檢測(cè)參數(shù)不同進(jìn)行相應(yīng)的制備，再通過(guò)電感耦合等離子光譜發(fā)生儀、質(zhì)譜儀、氣相色譜儀、原子熒光光度計(jì)、原子吸收光度計(jì)、紅外吸收、紅外熱導(dǎo)、紫外線分光光度計(jì)、顯微鏡煤巖光纖傳輸?shù)仍O(shè)備或方法對(duì)其各元素組分含量、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、微粒細(xì)礦物的賦存、演化與遷移特征進(jìn)行分析。立足“雙碳”目標(biāo)加快形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，結(jié)合貴州省“十四五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展規(guī)劃，緊盯煤炭資源分質(zhì)分級(jí)利用需求，深抓煤炭清潔轉(zhuǎn)化應(yīng)用，主要開(kāi)展以下幾方面內(nèi)容。

3.1 特殊、稀缺煤中有價(jià)金屬成分提取和運(yùn)用

立足六盤(pán)水煤炭資源的特殊性，在生態(tài)文明建設(shè)的要求下，研究煤炭清潔利用技術(shù)，充分摸清煤巖學(xué)、煤質(zhì)學(xué)特征及變化規(guī)律，對(duì)特殊高元素煤（如煤中鍺、鎵、鋰、鈮、稀土等）及煤中鐵、鋁、鈦等元素，明晰其賦存及嵌布狀態(tài)，為煤洗選脫除鐵、鋁、鈦、硅等元素工藝提供理論依據(jù)。揭示各元素在煤炭洗選加工過(guò)程中遷移規(guī)律，設(shè)計(jì)與之適配的脫除工藝，研究有價(jià)金屬元素資源回收利用途徑。并按照煤炭分質(zhì)分級(jí)利用的最新要求開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)煤質(zhì)項(xiàng)目測(cè)試和煤質(zhì)特征評(píng)價(jià)，建立六盤(pán)水煤質(zhì)特性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，按照煤炭利用工藝的要求實(shí)現(xiàn)煤質(zhì)和資源的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，對(duì)具有特殊用途的煤炭資源做到優(yōu)質(zhì)利用和保護(hù)性開(kāi)發(fā)，尋找可以滿(mǎn)足不同煤炭清潔高效利用需求的、可以“專(zhuān)煤專(zhuān)用”的特殊用煤資源。

3.2 煤炭共伴生資源綜合利用

通過(guò)對(duì)高嶺土、硫鐵礦、煤層氣、低價(jià)煤等煤系共伴生礦物成分分析與檢測(cè)，研究資源合理、妥善利用技術(shù)途徑，加強(qiáng)綜合利用技術(shù)研發(fā)力度和深度，促使變廢為寶，減少環(huán)境污染，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益。

3.3 煤洗選加工后下游產(chǎn)物煤泥高效應(yīng)用

煤泥是煤炭洗選加工的副產(chǎn)品，是由微細(xì)顆粒煤、粉化矸石和水組成的黏稠物。煤泥具有粒度細(xì)且均一、水分和灰分含量較高、熱值低、粘結(jié)性較強(qiáng)、內(nèi)聚力大的特點(diǎn)，給綜合利用帶來(lái)了諸多不便。隨著煤炭入選比例的增大和機(jī)械化程度的提高，洗煤廠將排放更多的煤泥，如處理不好，不僅影響洗煤廠的正常生產(chǎn)，而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，煤泥的無(wú)廢排放綜合利用問(wèn)題非常緊迫。工業(yè)廢水與洗煤廠殘?jiān)耗噙M(jìn)行綜合利用，變“兩廢”為“一寶”，生產(chǎn)高效潔凈能源水煤漿。

3.4 煤矸石、粉煤灰等固體廢棄物中稀有元素組分情況及回收利用

固體廢棄物違規(guī)排放會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)造成污染，而且單一廢棄處理會(huì)造成資源浪費(fèi)，尤其是煤矸石、粉煤灰等。通過(guò)對(duì)氟、氯、汞、砷有害元素成分開(kāi)展分析，探索出無(wú)害化處理應(yīng)用，同時(shí)應(yīng)明晰組分中具有重大戰(zhàn)略意義的稀缺元素賦集情況，探究其回收利用技術(shù)。

3.5 煤炭深加工產(chǎn)品綠色利用技術(shù)研究

通過(guò)對(duì)煤質(zhì)物理、化學(xué)性質(zhì)檢測(cè)分析，拓展PGA、烯烴、乙二醇、煤制油氣等煤化工產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)資質(zhì)，提升六盤(pán)水煤化工產(chǎn)品的原料最大化利用，探究不同煤質(zhì)對(duì)高效轉(zhuǎn)化的影響，為相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。針對(duì)煤炭高效轉(zhuǎn)化利用中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，在生產(chǎn)工藝、催化轉(zhuǎn)化等技術(shù)方面剖析，尋找出適合六盤(pán)水煤炭資源特征的高能效、低污染、低排放、高值化的綜合利用方法，促進(jìn)發(fā)展煤炭清潔高效利用。

3.6 構(gòu)建地方煤炭生產(chǎn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

充分利用六盤(pán)水煤炭品種多、品質(zhì)好的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)各地區(qū)煤質(zhì)特性、巖相特征等，研究制定煤炭生產(chǎn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為打造地方煤特色品牌，煤炭市場(chǎng)生產(chǎn)、洗選、加工和利用提供參考和依據(jù)，努力形成具有影響力的煤種品牌，構(gòu)建新型的煤炭市場(chǎng)體系框架，促進(jìn)煤炭市場(chǎng)優(yōu)化配置。

4 結(jié)束語(yǔ)

煤炭分級(jí)分質(zhì)能夠?yàn)槊夯た蒲腥藛T及煤化工企業(yè)提供真實(shí)、可靠、全面的源頭（原煤）數(shù)據(jù)，培養(yǎng)一批高質(zhì)量的煤炭分級(jí)分質(zhì)利用的科研人員，指導(dǎo)六盤(pán)水的煤化工企業(yè)解決技術(shù)關(guān)鍵難題。

六盤(pán)水處于產(chǎn)業(yè)升級(jí)和煤炭資源如何高效、清潔利用的關(guān)鍵時(shí)期，對(duì)于煤化工企業(yè)發(fā)展需要相應(yīng)技術(shù)作為支撐。六盤(pán)水煤炭分級(jí)分質(zhì)利用有助于六盤(pán)水煤炭資源綜合利用及煤化工產(chǎn)業(yè)規(guī)劃提供技術(shù)和人才服務(wù)，為六盤(pán)水乃至全省煤炭清潔能源綜合利用企業(yè)研究解決技術(shù)瓶頸難題。

以政府單位為基礎(chǔ)研究主題，聯(lián)合國(guó)內(nèi)煤炭行業(yè)權(quán)威科研單位、貴州省的煤化工及電廠企業(yè)、貴州省地方性高校等，實(shí)現(xiàn)資源整合，科研人員、設(shè)備、技術(shù)實(shí)行開(kāi)放共享機(jī)制，達(dá)到“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合的目的。