丁洋 张灿
贵州省煤炭产品质量监督检验院 贵州 六盘水 553000
摘要：在我国能源生产和消费结构中，煤炭一直占据着主导地位，为国民经济持续高速发展提供了可靠的能源资源保障。但同时也导致了日益严重的环境问题。所谓的分级分质利用，就是依据煤自身的特点进行开发相关产品或清洁能源，使其资源、效益最大化。实现煤炭清洁高效利用，切实推动我国能源生产革命、煤炭供给改革、煤炭行业转型升级的重要有效途径。
关键词：低阶煤；分质分级；节能减排
前言
目前，煤炭仍是我国的主体能源，虽然我国煤炭资源丰富，但资源禀赋条件差，低阶煤储量很大。对低阶煤的利用也提出越来越高的要求，低阶煤清洁高效、分质分级利用的呼声越来越高。低阶煤的开采利用是一个全周期的过程，不仅涉及煤炭行业本身，还涉及下游电力、化工等各个耗煤行业。低阶煤清洁高效、分质分级的概念应贯穿从开采到终端产品利用的整个过程。前端加工过程越到位，分质分级越细化，低阶煤的利用过程越高效，对环境造成的影响及环保治理所付出的代价也越小。因此，实现低阶煤的清洁、高效利用，对满足我国快速增长的能源需求及实现节能减排目标具有重要意义。
1 低阶煤分质利用概述
低阶煤分质利用，是根据煤炭自身的组成及性质，首先采用中低温热解技术将其转化为气体（煤气）、液体（煤焦油）和固体（洁净煤），再根据各类热解产物的物化性质进行区别利用，梯级延伸加工，生产大宗化工原料和各类精细化学品，最终实现对低阶煤转化利用全过程的“分质转化、梯级利用”。其中，煤气既可作为制氢、天然气及化工生产的原料，也可脱硫脱氮后直接燃烧发电；煤焦油可提取苯、酚、吡啶等精细化工产品，或加氢制取柴油、石脑油等清洁液体燃料；脱除了轻质组分及杂质的洁净煤，不仅热值更高，而且更加清洁，既可用作建材、工业窑炉及工业锅炉等领域的原料和燃料，也是民用领域的清洁燃烧。因此，煤分质利用具有资源利用充分、能量转化率高、过程排碳少、经济效益好等特点，是煤炭清洁高效利用的最佳途径之一。
2 低阶煤的分质、分级
2.1 煤种的分类、分级
就像烟煤一样，低阶煤仍是一个较为广泛的概念，其涵盖的煤种包括长焰煤、不黏煤、弱黏煤、褐煤等多个煤种。在我国低阶煤的分布中，内蒙古东部地区及云南地区以褐煤居多，内蒙古西部、陕西榆林、新疆等地以长焰煤、不黏煤、弱黏煤居多。不同低阶煤种类不同，特性不同，适合的深加工路线也不同。同样是低阶煤，长焰煤进行中低温热解或气化的适应性要比褐煤强得多；同样是褐煤，大部分蒙东褐煤要比云南褐煤好得多。因此，对低阶煤的分质分级利用，首先要搞清楚煤种的分类、分级，不同低阶煤的利用方式不能一概而论。
2.2 低阶煤初级分质分级加工
煤炭的初级加工过程包括破碎筛分、洗选、干燥提质、成型等过程。褐煤等低阶煤的特点就是内部毛细管发达，水分尤其是内在水分含量高，热值低，易碎、易风化和自燃，质量不稳定（易回吸、热稳定性差、成浆率低），若不经过初级加工，难于运输、储存，也很难满足各种深加工工艺的用煤要求低阶煤无论是用作电煤燃烧、中低温热解或作为气化原料使用，都要先经过初级加工过程分质、分级，干燥提质除去其大部分水分，改善并稳定其性能。
3 煤炭分质分级关键技术
煤炭分质利用主要由煤热解提质、煤焦油深加工，以及洁净煤气化、煤气净化、碳一化工等主要的技术构成。下面主要介绍中低温干馏技术及焦油加氢技术。
3.1 焦油加氢技术
煤焦油加工利用以加氢制燃料为主，通过加氢将煤焦油所含的金属杂质、灰分和S、N、O等杂原子脱除，并将其中的烯烃和芳烃类化合物进行饱和，生产质量优良的石脑油馏分和柴油馏分。
目前，加氢工艺主要有法国T-Star技术、美国ChevronLC-Fining技术、中国煤炭科学院的技术和中国石化抚顺石油化工研究院的技术。
3.2 低温热解提质技术
褐煤热解改性提质技术是指在隔绝空气、或在惰性气体、或在氢气气氛下将褐煤加热，在相对较高温度下使褐煤发生分解，生成煤气、焦油和半焦产品，相比上述蒸发和非蒸发的褐煤脱水提质技术，该工艺的条件相对苛刻，对褐煤煤质结构和组成的改变也最大。热解处理后的褐煤具有高阶煤的一些特性，水分含量大大降低，热值也大大提高，且由于结构的破坏而不会再复吸水。热解过程中产生煤气、焦油和半焦等附产品，因此，可以借助褐煤的热解改性提质技术开发基于低品质煤的多联产技术，扩大褐煤的综合利用途径。热解改性彻底改变了褐煤的理化特性，有效降低了褐煤的含水量，也解决了褐煤易自燃和重吸水的问题。
3.3 中低温干馏技术
煤的干馏（热解）是指煤在隔绝空气条件下加热至一定温度所发生的一系列复杂的物理、化学变化过程。按煤的粒度等级选择相适应的干馏技术。如按20-80mm、8-20mm、<8mm来选择不同干馏炉。可使破碎、筛分系统简单化，油气回收系统可以公用一套装置，这样有利于投资和过程成本降低。典型的中低温干馏技术路线是：将低阶煤干燥后在热解炉内进行炭化处理（600～800℃、隔绝空气），发生脱水、干馏、裂解等一系列反应，产生煤气、煤焦油和洁净煤。热解与气化相结合、气化与环保相结合，便可形成煤制油、煤制气完整产业链。并且解决了煤化工废水、废渣处理难技术问题；节省大量投资及降低了成本。
3.4 微波脱水提质技术
微波脱水提质技术的基本原理是：微波能够穿透褐煤炭矩阵结构，深入褐煤内部，利用褐煤中的水分子对微波的选择性吸收作用将水加热蒸发变成水蒸气从而从褐煤中析出，由于碳对微波的吸收作用只有水分子的百分之一，故而微波处理过程中不用对整个褐煤机构进行加热，且由于微波的高能量性，能够在较短的时间内对煤进行加热，故而该工艺的脱水能耗相对其它蒸发脱水法较低。微波加热与常规加热是两种迥然不同的加热方法，利用物质极性分子在微波形成的高频交变电磁场中的不停的重新排列，克服分子原有的热运动和分子相互间作用力产生大量的热，微波加热是一种“冷热源”，它在与物质接触时并不是一股热气，而是电磁能。微波干燥技术应用于低品质煤改性提质领域或将具有一定的创新意义，但国内外对此方面的研究工作尚处于起步阶段，还有很多机理和应用方面的问题亟需研究和解决。
4 不同种类低阶煤的利用方式
不同种类、不同区域、不同质量的低阶煤应区别对待。就褐煤而言，我国蒙西大部分地区的低阶煤偏向长焰煤进行中低温热解具有一定的优势，也可直接气化、液化做煤化工原料；蒙东褐煤较易提质，进行干燥提质后，不仅褐煤水分降至10%左右，热值提升至20.9MJ/kg以上，且产品不再回吸水分，成浆率接近60%，热稳定性（TS+6）可达80%以上，有利于储存、运输、加工等过程的进行，适合作电煤或煤化工原料；而云南地区的低阶煤主要是年轻褐煤，煤质普遍较差，热稳定性较低，具有泥煤性质，粉化度高，无法直接利用，不适合热解，则考虑干燥提质后补充本地动力煤市场，或提取褐煤蜡、腐殖酸后再作燃料煤使用。
5 结语
在我国经济方式转变、产业结构升级的大背景下，高耗能、高排放、高污染的传统煤化工而言，高效清洁化发展将成为行业发展的方向。而通过低阶煤分质利用不仅可以生产油品满足国内日益紧张的油气缺口，也可实现煤炭资源的高效、高附加值利用。该转化路线延长煤化工产业链，完全可以规避目前现代煤化工低油价、效益差、环境压力大、水资源容量大等诸多不利因素影响，为煤炭行业目前转型升级、去产能化提供了新的思路，也充分体现了国家“煤炭分级分质利用”真正含义。
参考文献：
[1]尚建选，王立杰，甘建平.陕北低变质煤分质综合利用前景展望[J].煤炭转化，2011（34）：91-96
[2]张丽早.褐煤气化存在的问题及提质方向[J].煤炭加工与综合利用，2014（8）：62-64.
[3]石华缘.低阶煤低温热解多联产：煤炭消费革命的助推器.中国化工报（2015-05-04）.