超潔凈煤技術(shù)能否帶來行業(yè)“春天”？

2016-04-27 16:19:36 來源: 中國礦業(yè)報

在近期舉行的2015年全國“兩會”上，圍繞相關(guān)環(huán)保問題提出的議案再次成為熱點。環(huán)保人士普遍認為，燃燒低質(zhì)煤炭是造成霧霾的元兇之一。

煤炭本無罪，是人們對煤炭不潔凈的利用方式導(dǎo)致煤炭陷入如今的窘境。近日，兗煤澳洲推出的超潔凈煤技術(shù)引起行業(yè)熱議。那么，超潔凈煤技術(shù)能否帶來行業(yè)“春天”？

技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平

潔凈煤是指煤炭從開發(fā)到利用全過程中能減少污染排放并提高利用效率的加工、燃燒、轉(zhuǎn)化及污染控制的產(chǎn)品的總稱；而超潔凈煤是煤經(jīng)物理和化學(xué)方法精制得到的灰分含量不超過1%的超低灰、超低硫精煤。

兗礦的超潔凈煤技術(shù)研發(fā)由來已久。兗煤澳洲超潔凈技術(shù)項目從上世紀80年代中期開始研發(fā)。2009年，兗煤澳洲并購了原澳大利亞菲利克斯資源公司，依法承接了其擁有的超潔凈煤能源公司（以下簡稱UCC能源公司）和超潔凈煤加工技術(shù)（以下簡稱超潔凈煤技術(shù)或UCC技術(shù)）的研發(fā)工作。

截至目前，兗煤澳洲超潔凈煤技術(shù)項目已花費約 5800萬澳元，超潔凈煤燃液在柴油發(fā)動機上運行100小時的試驗也已獲得成功，標志著該技術(shù)已經(jīng)可以被商業(yè)化推廣。

“超潔凈煤技術(shù)為煤炭高效、清潔利用提供了新途徑。”兗礦集團副總經(jīng)理、UCC技術(shù)研發(fā)領(lǐng)導(dǎo)小組組長來存良認為，“我礦通過本項目，將國際先進的超潔凈煤燃液技術(shù)引入國內(nèi)，并進行技術(shù)優(yōu)化和商業(yè)開發(fā)，使煤炭資源得到了高效清潔利用，滿足了能源和環(huán)保要求。”

在澳洲工作10年之久的來存良，對UCC技術(shù)情有獨鐘。兗煤進駐澳洲后，他就關(guān)注、組織、參與了該技術(shù)的研發(fā)，并力圖將其引進國內(nèi)。

兗煤澳洲的UCC技術(shù)，處于世界領(lǐng)先水平。目前，該技術(shù)已經(jīng)在澳大利亞、中國、日本、英國、加拿大、德國、印度、新西蘭、俄羅斯、南非等12個國家申請并獲得專利認可（有效期至2023年，專利權(quán)歸兗煤國際擁有）。

來存良介紹說，超潔凈煤燃液和直噴式煤發(fā)動機的優(yōu)勢主要集中在以下幾個方面：其最大的市場潛力是在發(fā)電、輪船、卡車和火車上替代柴油和重油；能提供充足的煤炭供應(yīng)保障；天然氣和柴油成本是每千兆焦13.7美元和22美元，而含50%UCC燃液的成本為9.1美元；以及加工UCC的用水量比煤氣化工藝低90%等。

減排優(yōu)勢十分明顯

現(xiàn)實生活中，60%的煤都被用來發(fā)電，近30%的煤被直接用于工業(yè)和民用，煤的轉(zhuǎn)化相對較少，煤的直接燃燒功效轉(zhuǎn)化率不足30%，且煤炭顆粒物對溫室效應(yīng)有重大影響。而UCC技術(shù)在這方面可起到良好作用，功效轉(zhuǎn)化率可達到40%，還可降低25%至30%的溫室氣體排放。

UCC技術(shù)不同于僅是物理工藝的水煤漿技術(shù)，它是一項通過化學(xué)工藝過程生產(chǎn)超潔凈煤的專利技術(shù)，可將煙煤礦物質(zhì)（灰分）降低到低于1％。目前，兗煤國際的UCC技術(shù)可使超潔凈煤的灰分含量下降到0.2％。

超潔凈煤技術(shù)工藝過程是在特定壓力和溫度條件下，通過多個化學(xué)反應(yīng)、采用不同的化學(xué)品配方對洗精煤中的礦物質(zhì)灰分分離，生產(chǎn)出UCC產(chǎn)品，使用的主要化學(xué)品有硫酸、苛性鈉等。其簡化生產(chǎn)流程為輸入灰分低于20%的煙煤原煤，粉碎成為粒徑小于1毫米的煤粉，在180攝氏度至220攝氏度溫度下進行化學(xué)清洗，再經(jīng)過中和，形成灰分低于1%、粒徑小于1毫米的微粉超潔凈煤。

來存良介紹說，只要是動力煤，就都可以進行超潔凈煤轉(zhuǎn)化。

據(jù)了解，經(jīng)過微粉化處理后的UCC被稱為超低灰精制煤（UCC-MRC)。UCC-MRC與水和添加劑按比例混合后，可生產(chǎn)出UCC-MRC燃液。從外觀上看，它和原油相似，可以替代柴油，直接用作柴油發(fā)動機的燃料。

UCC-MRC燃液在排放數(shù)據(jù)上優(yōu)于柴油：就一氧化碳排放而言，UCC微粉化精制煤液是350ppm(ppm為百萬分率)，柴油是 500ppm；就一氧化氮排放而言，UCC微粉化精制煤液是670ppm，柴油是700ppm；就氮氧化物排放而言，UCC微粉化精制煤液是 700ppm，而柴油則是750ppm。

直噴式燃煤發(fā)動機（DICE）是以UCC-MRC燃液替代柴油燃料的柴油發(fā)動機，通過注入式噴嘴，噴射到發(fā)動機氣缸內(nèi)進行燃燒。

2013年，澳大利亞在世界最大的柴油發(fā)動機制造商德國MAN公司和CSIRO的牽頭下成立了一個直噴式燃煤發(fā)動機研發(fā)組織，合作研究開發(fā)DICE。

由于UCC-MRC燃液的磨蝕性，要求輸送和噴射系統(tǒng)需要具有非常好的耐磨性，同時要防止噴注系統(tǒng)的堵塞。2013年，UCC能源公司在普通柴油發(fā)動機燃料噴射技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用經(jīng)過改造的液壓驅(qū)動電子泵噴嘴技術(shù)（HEUI），同時利用高加壓潤滑油帶動柱塞、給燃液噴射加壓等手段，克服了燃液堵塞、運行時間短等難題。

能否帶來行業(yè)“春天”？

兗礦集團董事長、黨委書記李希勇表示，“兗礦將加快推進超潔凈煤技術(shù)放大與商業(yè)化開發(fā)，力爭成為世界和我國煤炭行業(yè)高效清潔利用的先行者和領(lǐng)導(dǎo)者”。

2013年，UCC能源公司與CSIRO簽署了100小時發(fā)動機測試UCC-MRC燃液的協(xié)議。100小時發(fā)動機測試通常被業(yè)界認為是一種標準測試程序基準，側(cè)視數(shù)據(jù)用以評估UCC-MRC和DICE技術(shù)。

2014年2月到4月，兗煤澳洲成功使用UCC-MRC燃液進行了100小時發(fā)動機測試運行。測試結(jié)果顯示——

UCC-MRC燃液非常穩(wěn)定，發(fā)動機停止運行幾天后，燃液無需攪拌可重新使用。并且測試期間，燃液的燃燒性能非常穩(wěn)定，沒有發(fā)現(xiàn)發(fā)動機油缸因為煤灰而造成缸體內(nèi)污染，油缸內(nèi)也沒有發(fā)現(xiàn)灰垢。

用UCC-MRC燃液作燃料，現(xiàn)有市場上的柴油發(fā)動機只要改進注噴液系統(tǒng)即可使用，無需進行重新設(shè)計。

采用UCC-MRC燃液替代柴油，用于中低速柴油發(fā)動機發(fā)電，比傳統(tǒng)火力發(fā)電燃燒煤炭少25％至30％溫室氣體排放，由于灰分含量極低，甚至可以忽略不計，根本不會有任何粉塵對外排放。煤炭經(jīng)此脫胎換骨，再也不會成為霧霾的幫兇。

“更為重要的是，UCC-MRC燃液作為直燃式柴油機的燃料，與煤氣化、煤液化、傳統(tǒng)燃煤發(fā)電和柴油發(fā)電技術(shù)相比，生產(chǎn)投資更低，熱效率更高。”來存良說。

他進一步解釋稱，與傳統(tǒng)燃煤電廠相比，超潔凈煤燃液的直噴式燃煤發(fā)電機效率比傳統(tǒng)燃煤電廠發(fā)電機組高出約10%至15%；按相同熱值計算，超潔凈煤燃液成本比柴油低60%；考慮到綜合投資、維護費用和運輸成本等因素，超潔凈煤燃液比柴油發(fā)電成本低36%左右。

據(jù)來存良透露，根據(jù)實驗研究和技術(shù)商業(yè)評估結(jié)果，兗礦將投資3.488億元建設(shè)3萬噸/年超潔凈煤燃液中試研究裝置，計劃3年完成，最終開發(fā)45萬噸/年超潔凈煤燃液商業(yè)化示范裝置工藝設(shè)計軟件包，適時推進工業(yè)規(guī)模商業(yè)化示范裝置建設(shè)。

來存良認為，超潔凈煤燃液可實現(xiàn)煤的潔凈和安全利用，有望成為一種可靠的戰(zhàn)略能源，其技術(shù)和商業(yè)化開發(fā)將極大地推動我國煤潔凈利用技術(shù)的發(fā)展進程，為未來煤炭企業(yè)的發(fā)展指出了新方向，為煤炭企業(yè)創(chuàng)新經(jīng)營模式奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，也可以帶動以超潔凈煤為基礎(chǔ)的新材料、新技術(shù)的開發(fā)。