煤炭升级与转化技术对环境污染的影响研究
王旋
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王旋,. 煤炭升级与转化技术对环境污染的影响研究[J]. 煤炭技术研究,202411. DOI:10.12721/ccn.2024.157532.
摘要: 过去二三十年的科学技术进步,推进了我国煤炭开发利用生态环境影响问题的逐步改善。特厚煤层大采高综放开采关键技术及装备、生态脆弱区煤炭现代开采地下水和地表生态保护关键技术、特大型整装煤田高效开发利用及深加工关键技术等一大批国际领先技术装备的研发和应用,超过200座煤矿绿色矿山的建设,大幅度减少了煤炭开发的地表沉陷、地下水水位下降。大型煤气化、直接液化、间接液化、煤制烯烃、乙二醇、燃煤发电超低排放、清洁高效煤粉工业锅炉等一大批国际先进或领先技术装备的研发和应用,使燃煤发电烟尘、二氧化硫、氮氧化物、汞等排放达到燃气电厂排放标准,大幅度减少了煤炭利用的污染物排放。然而,我国环境承载能力已经达到或接近上限,人民群众对美好生态环境的需求越来越迫切。在全面推进能源生产和消费革命的高质量经济发展新时代,煤炭必须全面推进绿色生态开采、清洁低碳利用,尽早实现近零生态环境影响。
关键词: 煤炭升级;转化技术;环境污染
DOI:10.12721/ccn.2024.157532
基金资助:

前言:随着全球碳排放量的不断增加,政府制定了一系列的减排目标,以争取于2030年前二氧化碳排放强度到达峰值,在2060年达到完全碳中和。为实现这些碳减排目标,有效应对全球气候变化,促进绿色和低碳发展,需要我国企业转变自身的经济发展模式并进行产业结构的优化升级。而作为“工业粮食”的煤炭行业,高污染、高能耗是其现阶段显著的发展特点,是碳排放的主力军,为积极推动自身的绿色低碳发展,煤炭行业开始大力推行绿色技术创新。所以,进行绿色技术创新后的煤炭企业绩效表现如何,能否最大程度的实现低碳发展就非常值得我们研究。

一、研究背景

为了更好更快地建立起可持续、绿色低碳的能源消费与供给的体系,全球正在积极进行转型,化石能源的生产利用将大幅度削减。2020年9月, “双碳”目标由习总书记在联大上首次提出,即我国力争于2030年前实现二氧化碳排放达峰、2060年前实现碳中和。这表现的是我国积极承担责任的大国形象,在解决现阶段温室气体、环境恶化等方面的积极态度,在绿色发展中许下了更高的责任担当。此次减排目标大、任务艰巨,我们必须紧抓减排的速度与力度。于是,在“十四五”开端之局,为了实现更加绿色的能源消费结构,国家开始大力推动各个行业快速转型,即尽可能降低化石能源的消费占比,特别是煤炭,而不断扩大新能源的消费市场。同时,为了更快更好地实现节能减排的目标,则需要加大对管理、技术等方面的绿色创新。作为碳含量产出较大的煤炭行业,尤其是煤炭产品,其在生产和加工过程中不可避免地会产生碳排放,而在“双碳’’的冲击下,煤炭企业必然会首当其冲地被压缩消费市场,进而导致高碳能源品种的煤炭产品需求量增加幅度急剧下滑。但我们也要清楚的认识到,煤炭行业必须积极寻求出路,在危机中抓好机遇,不断创新管理及技术的优化升级,加大节能减排力度,减少对生态环境的破坏。为绿色技术创新的开展更有利于推动企业的高质量发展,也是更快实现“双碳”目标的强劲动力。越先进的绿色技术越能给经济的可持续发展提供强劲的推动力,越能够帮助企业缓解上述压力。站在国家角度来看,各国减轻环境和资源的压力、减少生产的污染物排放、保护环境的可持续发展等方面都离不开绿色技术创新的开展。

二、煤炭升级与转化技术对环境污染的影响

低阶煤分级分质利用技术。在深度洗选的基础上,加快研究低阶煤热解、半焦综合利用、煤气和焦油深加工等技术,梯级有效利用煤中固定碳、油气等各种组分,充分利用即为少排放。基于已建成的中试装置、工业试验装置和工业示范装置,在高温气固分离、干法熄焦等技术领域对粉煤热解技术进行优化。开发适宜半焦的燃烧技术、气化技术等综合利用技术,解决半焦的出路问题,促进低阶煤大规模洁净高效利用。开发高沥青质煤焦油加工、煤焦油中原生态高附加值化学品的提取和分离以及提取物深加工技术,形成具有我国自主知识产权的煤焦油清洁高效利用成套技术。开发热解产物调控、热解产物分离与收集、联产系统能量梯级利用、集成系统优化与调控等关键技术,完成单系列百万吨级/年煤炭热解工业示范,实现稳定运行。

煤液化制取清洁及特种油品新技术。开发煤直接液化新工艺及催化剂技术,开发高效、高选择性钴基/铁基费托合成新工艺及催化剂,开发液化油制取特种燃料、高值专用油品、含氧清洁燃料及化学品工艺技术,研究液化残渣制高端碳材料、沥青等综合利用技术,研究直接液化一费托合成一体化煤耦合液化技术。

燃煤污染物超低排放和多种污染物联合脱除技术。开发更高效更低成本的燃煤烟气深度净化技术和烟气污染物资源化回收技术;研究温度、空气、燃料等因素对炉内燃烧和NO。生成的影响规律,形成燃烧优化和NO。深度还原的关键技术和工艺参数;研发配套的关键部件和装备,开发相适应的控制技术,实现多种重金属污染物(汞、砷、铅、镉、铬、硒等)的全过程高效控制,实现对燃煤烟气硫的深度脱除及资源化回收。开发先进的高效低成本烟气多污染物协同脱除技术,提高系统经济性。开发火电厂低能耗低成本废水处理技术。

煤转化过程污染控制技术。针对煤热解、固定床气化、直接液化等工艺产生的高盐、高浓度有机物废水难以处理的问题,突破多环芳烃、酚等有机物脱除技术,提高废水可生化性;开发高盐废水中COD脱除技术、杂盐分质结晶及资源化利用技术,开发废水污染物资源化回收一强化处理一分质回用的集成技术,建成千吨/时级废水处理及回收利用试验装置,实现经济可行的煤转化废水近零排放。针对煤热解、焦化生产过程中污染源分散、种类多样、难处理等特点,重点开发和示范推广VOCs及颗粒物捕集净化技术、低氮燃烧技术、烟气脱硫脱硝除尘一体化技术,实现污染物的源头消减、过程消纳、末端资源化、零外排。

虽然拥有储量丰富的煤炭化石资源,但随着“双碳"目标的提出及大力推动清洁能源发展的政策制定,使得煤炭资源在我国能源的总消费结构中呈现下跌之势。于是能源行业的可持续绿色发展就离不开煤炭生产工艺、开采及运输等环节的不断优化,它们一方面能推动一体化的发展,另一方面在企业的可持续发展过程中也拥有举足轻重的地位。绿色技术创新一方面可以降低企业的生产成本、提高生产效率、优化产业结构的升级,另一方面可以解决环境与经济发展的平衡问题,利用的拓展在一定程度上可以提高企业的绿色可持续发展水平。煤炭企业的相关成本主要包括耗能的生产资料相关费用、资源价款及用于环境治理和保护的全部支出、运输过程的生产性支出变化的。使人力资本与研发资本的输出实现最大化,为绿色技术创新积蓄雄厚的后备力量。提高绿色技术创新端的能力,不仅要提高绿色技术人员能力,也要提高科研成果转化生产力的效率。绿色技术创新不能是简简单单的资本投入,而是要充分发挥人力资本与研发资本的优势,从而改善绩效。

结束语:近零排放利用技术是洁净煤技术基础上的拓展与升级,是新时代能源发展的基本要求,是保持和拓展煤炭存续空间的基础。近零排放利用以煤炭各组分合理利用为基础,新型高效燃烧、精准转化、常规污染物深度脱除、碳减排四大技术体系为支撑,研发相关技术装备,实现包括近零排放。

参考文献:

[1]谢和平,周宏伟,薛东杰,等.煤炭深部开采与极限开采深度的研究与思考[J].煤炭学报,2019,37(4):535-542.

[2]王金华,姜鹏飞,等.煤炭科学开采新理念与技术变革研究[J].中国工程科学,2019,17(9):36—41.

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