楊 芊，楊曉龍，劉佳金，陶志達(dá)

(1.中國煤炭加工利用協(xié)會(huì)，北京 100013；2.天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300400；3.中國煤礦機(jī)械裝備有限責(zé)任公司，北京 100011)

1 概 述

我國褐煤資源豐富，據(jù)第三次煤炭資源調(diào)查預(yù)測及評價(jià)結(jié)果顯示，已查明褐煤資源儲量1 334.69億t，約占全國煤炭資源總量的13.07%，占非煉焦煤總量的18.05%。我國的褐煤資源大多形成于中生代侏羅紀(jì)和新生代古近紀(jì)、新近紀(jì)，主要分布在內(nèi)蒙古自治區(qū)二連浩特與烏蘭察布連線以東的蒙東地區(qū)，呼倫貝爾、興安盟、通遼、赤峰和錫林郭勒5個(gè)盟市的褐煤資源儲量占到全國的77.1%，云南省昭通、昆明尋甸先鋒和紅河開遠(yuǎn)小龍?zhí)?個(gè)地區(qū)的褐煤儲量占全國的12.6%，東三省地區(qū)的褐煤儲量約占全國的5.0%[1-4]。

褐煤是煤化程度較低的煤種，色澤暗淡，外表呈褐色至淺黑色，易風(fēng)化、自燃，較高的水分、灰分及揮發(fā)分含量導(dǎo)致其發(fā)熱量低，但化學(xué)反應(yīng)活性好[5-6]。根據(jù)中國煤炭加工利用協(xié)會(huì)煤質(zhì)分會(huì)統(tǒng)計(jì)資料，全國褐煤平均全水分約17.8%～50.5%，灰分為10.4%～39.0%，收到基低位發(fā)熱量一般為11.6～16.71 MJ/kg。

以煤炭為主體的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)，是近些年推動(dòng)國內(nèi)褐煤開發(fā)利用快速增長的主要?jiǎng)右颍置涸凇笆濉逼陂g的年均產(chǎn)量約3.5～4億t，廣泛應(yīng)用于電力、供暖和化工等領(lǐng)域[7-8]。隨著現(xiàn)代煤化工技術(shù)的發(fā)展，煤氣化原料已由煙煤逐步擴(kuò)大到褐煤及無煙煤等領(lǐng)域，基本實(shí)現(xiàn)了全煤種向燃料和化學(xué)品轉(zhuǎn)化的全流程貫通[9]。因此，進(jìn)一步總結(jié)褐煤作為氣化原料在煤化工企業(yè)應(yīng)用的最新成果和經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)褐煤清潔高效利用，對保障區(qū)域能源安全和化工原材料供應(yīng)穩(wěn)定影響深遠(yuǎn)。

2 主要褐煤資源情況

我國褐煤資源儲量最大、最集中的區(qū)域在內(nèi)蒙古自治區(qū)東部靠近東三省的地區(qū)，按照開發(fā)的時(shí)間順序分別包括扎賚諾爾煤田、元寶山煤田、平莊煤田，隨后是霍林河煤田、伊敏煤田和大雁煤田，直至現(xiàn)在的勝利煤田、寶日希勒煤田、白音華煤田等。云南省是全國第二大褐煤生產(chǎn)基地，成煤時(shí)間與內(nèi)蒙古自治區(qū)不同，煤化程度比蒙東褐煤還低，轄區(qū)內(nèi)昭通煤田儲量最大，小龍?zhí)睹禾铩⑾蠕h煤田及其他煤田次之。我國主要褐煤產(chǎn)區(qū)及儲量情況見表1。

表1 我國主要褐煤產(chǎn)區(qū)及儲量情況

3 褐煤在煤化工企業(yè)中的應(yīng)用情況

內(nèi)蒙古和云南兩省區(qū)的褐煤資源儲量約占全國總儲量的89.7%，而以褐煤為氣化原料的煤化工企業(yè)也主要分布在這兩個(gè)省份。據(jù)中國煤炭加工利用協(xié)會(huì)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，截至2019年12月底，我國以褐煤為原料進(jìn)行氣化，生產(chǎn)各類化學(xué)品及燃料的企業(yè)共計(jì)16家，其中已投產(chǎn)運(yùn)行的企業(yè)13家，在建企業(yè)2家，破產(chǎn)重組企業(yè)1家。主要分布在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾盟(4家)、興安盟(2家)、通遼(2家)、赤峰(2家)、錫林郭勒盟(1家)，吉林白城(1家)、松原(1家)，云南昆明(2家)，遼寧阜新(1家)，具體見表2。

表2 我國褐煤氣化企業(yè)統(tǒng)計(jì)表

在以褐煤為原料進(jìn)行生產(chǎn)的煤化工企業(yè)中，以尿素、合成氨、氨基酸、甲醇及下游產(chǎn)品等傳統(tǒng)煤化工企業(yè)為主體，氣化裝備包括恩德爐(5家)、魯奇爐(4家)、清華爐(2家)、殼牌爐(2家)、BGL爐(云煤爐)(2家)、航天爐(2家)7種爐型。從氣化技術(shù)上看，有碎煤加壓氣化、碎煤熔渣氣化、粉煤加壓氣化、水煤漿加壓氣化等，基本囊括了主流氣化爐型及氣化技術(shù)。

這其中，大唐呼倫貝爾化肥項(xiàng)目就近選用寶日希勒褐煤為原料，但是褐煤成漿性較差，在添加添加劑制成水煤漿后，濃度也僅為48%～49%，造成該項(xiàng)目氧耗高、能效低、經(jīng)濟(jì)性差[10]。呼倫貝爾金新化工采用3臺BGL碎煤熔渣氣化爐和1臺殼牌粉煤氣化爐組合的方式，較好地解決了塊煤原料在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中粉煤產(chǎn)生量過高難以加工利用的問題[11]。呼倫貝爾東能化工公司采用氣化壓力低、設(shè)備體積大、投資小的恩德爐生產(chǎn)甲醇及二甲醚，在蒙東地區(qū)相對空白的產(chǎn)品市場，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。興安盟博源化工和中化吉林長山化工均采用航天爐進(jìn)行氣化，從運(yùn)行數(shù)據(jù)看，其比氧耗、碳轉(zhuǎn)化率和裝備運(yùn)行情況均優(yōu)于蒙東地區(qū)其他化肥廠的氣化爐型，標(biāo)志著自主知識產(chǎn)權(quán)的航天爐攻克了以褐煤為原料進(jìn)行加壓氣化的難題。大唐克旗煤制天然氣有限公司近年來隨著管理的升級，產(chǎn)品產(chǎn)量逐年穩(wěn)步提升，項(xiàng)目采用魯奇爐進(jìn)行氣化，粗合成氣中甲烷含量較其他爐型高，但較低的氣化溫度造成廢水成分復(fù)雜、處理難度較大，環(huán)保方面的負(fù)面新聞曾引起過社會(huì)的廣泛關(guān)注。而云南先鋒化工采用類似于BGL熔渣氣化爐的云煤爐，則較好地解決了污水處理難的問題[12]。內(nèi)蒙古錫林浩特大唐多倫煤化工有限公司是我國第一家煤制丙烯示范項(xiàng)目，采用殼牌爐進(jìn)行氣化，受下游煤制丙烯工藝裝置運(yùn)行不穩(wěn)定影響，2019年已全部轉(zhuǎn)產(chǎn)甲醇，目前該項(xiàng)目運(yùn)行情況良好。

4 褐煤利用中存在的問題

褐煤煤化程度低，直接燃燒時(shí)熱效率低下，并伴有大量廢氣、廢水和廢渣的排放，作為化工原料進(jìn)行加工轉(zhuǎn)化，又受高含水、高含灰限制，價(jià)格低廉是目前褐煤大范圍應(yīng)用的主要原因[13]。截至2019年底，大唐克旗煤制天然氣項(xiàng)目、通遼金煤煤制乙二醇項(xiàng)目、云煤先鋒甲醇制汽油項(xiàng)目、大唐多倫煤制丙烯項(xiàng)目、煤制化肥項(xiàng)目等一批以褐煤為原料的煤化工項(xiàng)目在開展褐煤提質(zhì)轉(zhuǎn)化、高效利用方面，均取得一定的積極進(jìn)展，為推動(dòng)褐煤等低階煤氣化轉(zhuǎn)化積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，但褐煤開發(fā)及轉(zhuǎn)化項(xiàng)目在運(yùn)行過程中面臨的問題仍待解決[14]。

(1)褐煤主產(chǎn)區(qū)生態(tài)環(huán)境約束愈發(fā)嚴(yán)格。褐煤產(chǎn)區(qū)主要集中在作為大興安嶺重要組成部分、遼河流域源頭和呼倫貝爾腹地的蒙東地區(qū)，高強(qiáng)度的露天煤礦開發(fā)，對脆弱的草場生態(tài)環(huán)境、周邊湖泊和河流流域的影響逐年增加。伴隨褐煤資源的開發(fā)利用，當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境面臨進(jìn)一步惡化的風(fēng)險(xiǎn)，草場生態(tài)一旦破壞，再恢復(fù)到最初的水平必將付出更大的代價(jià)。

目前，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾盟海拉爾市僅有金新化工、東能和大唐化肥3個(gè)大型煤化工項(xiàng)目[15]。在生態(tài)環(huán)境紅線約束和草場保護(hù)性開發(fā)等政策影響下，預(yù)計(jì)“十四五”期間蒙東地區(qū)不會(huì)大規(guī)模新建褐煤生產(chǎn)礦場和煤炭轉(zhuǎn)化利用項(xiàng)目[16]。

(2)褐煤氣化仍有諸多技術(shù)難題待解決。煤氣化技術(shù)和工藝是現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵和龍頭，褐煤氣化也已成為現(xiàn)代煤化工發(fā)展的重要組成部分，目前的氣化技術(shù)和工藝條件對煤種煤質(zhì)要求嚴(yán)苛，在役以褐煤為原料的煤化工項(xiàng)目，存在諸多由于煤種煤質(zhì)問題引發(fā)的停工停車案例。褐煤氣化技術(shù)還不能視為完全成熟，運(yùn)行項(xiàng)目也不能視為完全成功。

褐煤熱穩(wěn)定性差，用在魯奇爐和BGL爐等固定床時(shí)，存在煤氣夾帶粉塵嚴(yán)重、操作麻煩的弊病。褐煤含水量高，用在恩德爐、殼牌爐及航天爐等干煤粉氣流床氣化時(shí)，必須進(jìn)行干燥預(yù)處理，造成項(xiàng)目投資和能耗增加，且存在一定的安全隱患。褐煤成漿性差，采用水煤漿氣流床氣化時(shí)，有較大技術(shù)難度，經(jīng)濟(jì)性較差，甚至?xí)绊懫髽I(yè)正常生產(chǎn)。

(3)褐煤提質(zhì)后儲存和長途運(yùn)輸安全隱患。從平均數(shù)據(jù)看，褐煤的灰分和水分占比一般在50%以上，在褐煤熱解提質(zhì)和干燥技術(shù)尚未取得突破性進(jìn)展的前提下，不足以支撐大規(guī)模轉(zhuǎn)化和長距離運(yùn)輸，而從經(jīng)濟(jì)性角度看，褐煤的長距離運(yùn)輸也無利可圖。褐煤的干燥、熱解、提質(zhì)技術(shù)瓶頸仍有待突破，產(chǎn)業(yè)化利用尚需時(shí)日。

褐煤經(jīng)干燥提制后雖然可明顯降低水分，同時(shí)也會(huì)降低其粒度，在儲存和長途轉(zhuǎn)運(yùn)過程中極易發(fā)生自燃和揚(yáng)塵等問題。在調(diào)研過程中了解到，神華寶日希勒提質(zhì)項(xiàng)目的提質(zhì)煤在運(yùn)往大唐呼倫貝爾化肥項(xiàng)目過程中發(fā)生過自燃現(xiàn)象，甚至引燃一輛運(yùn)輸卡車，在其他幾個(gè)化工項(xiàng)目的儲煤場也發(fā)生過自燃現(xiàn)象，存在較大的安全隱患。

(4)部分地區(qū)褐煤原料供應(yīng)難穩(wěn)定保障。受部分地區(qū)在煤源緊張時(shí)期“保電力不保非電、保區(qū)域內(nèi)不保區(qū)域外、保民生不保工業(yè)”政策影響，大唐克旗、大唐多倫等多個(gè)項(xiàng)目在運(yùn)行中煤源難以保障，嚴(yán)重影響企業(yè)正常生產(chǎn)運(yùn)行。煤源短缺對企業(yè)生產(chǎn)的影響，在冬季取暖季尤為突出。

(5)現(xiàn)有示范項(xiàng)目不具備工業(yè)化推廣條件。從“十二五”開始，內(nèi)蒙古和云南陸續(xù)興建的褐煤提質(zhì)和熱解項(xiàng)目，仍在維持運(yùn)行的企業(yè)為數(shù)不多。即使在運(yùn)行，褐煤粉化、難成形、油灰難分離、污染物處理難度大等問題仍未妥善解決，技術(shù)成熟度與經(jīng)濟(jì)性也遠(yuǎn)未達(dá)到最初的預(yù)期。就整個(gè)產(chǎn)業(yè)來看，褐煤提質(zhì)尚無可全行業(yè)推廣的工藝技術(shù)與運(yùn)行模式，工業(yè)化大規(guī)模轉(zhuǎn)化應(yīng)用的基礎(chǔ)和條件尚不成熟。

5 政策建議

褐煤的清潔高效利用關(guān)系東北、蒙東及云南等局部地區(qū)的能源安全供應(yīng)、煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化和經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。隨著《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》等相關(guān)政策的支持，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)和美麗中國建設(shè)的新形勢下，褐煤等低階煤炭資源的開發(fā)和利用思路亦逐漸清晰：

(1)強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境保護(hù)，控制褐煤利用規(guī)模。在生態(tài)環(huán)境脆弱的蒙東地區(qū)，加強(qiáng)對褐煤開發(fā)利用的科學(xué)研究，合理控制褐煤主產(chǎn)區(qū)開采規(guī)模，強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度，實(shí)施綠色低碳開采，科學(xué)有序?qū)Σ輬霏h(huán)境進(jìn)行修復(fù)。強(qiáng)化褐煤煤田開發(fā)對周邊草場、水資源等生態(tài)環(huán)境影響評估，推動(dòng)褐煤開發(fā)利用事前、事中、事后全過程環(huán)境監(jiān)管，實(shí)施生態(tài)環(huán)境保護(hù)與地方政府考核掛鉤，對于不符合環(huán)保要求的落后產(chǎn)能，應(yīng)按照相關(guān)政策要求有序退出。

(2)加強(qiáng)褐煤基礎(chǔ)研究，突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。繼續(xù)加快推進(jìn)褐煤利用科技攻關(guān)，加大科技創(chuàng)新投入，充分發(fā)揮國內(nèi)外高等院校和科研機(jī)構(gòu)力量，強(qiáng)化基礎(chǔ)理論研究，開展切實(shí)可行的分質(zhì)分級利用和清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)論證和試驗(yàn)示范。重視關(guān)鍵技術(shù)瓶頸突破和重大裝備國產(chǎn)化率提升，進(jìn)一步降低能源消耗，提高能源轉(zhuǎn)化效率，加快推動(dòng)“煤—電—油—?dú)狻獰帷币惑w化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的競爭力和經(jīng)濟(jì)性提升。

(3)鼓勵(lì)褐煤資源利用，加強(qiáng)就近就地轉(zhuǎn)化。堅(jiān)持“四個(gè)革命、一個(gè)合作”戰(zhàn)略思想，構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的現(xiàn)代能源體系，轉(zhuǎn)變褐煤加工轉(zhuǎn)化發(fā)展思路，調(diào)整產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，結(jié)合褐煤高含水、易自燃、易風(fēng)化、長距離運(yùn)輸既不經(jīng)濟(jì)也不安全的特點(diǎn)，鼓勵(lì)在產(chǎn)區(qū)和坑口建設(shè)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可靠的褐煤轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，提高褐煤資源就近就地轉(zhuǎn)化能力。解決褐煤產(chǎn)區(qū)化學(xué)品短缺和能源的安全供應(yīng)，從根本上解決褐煤運(yùn)輸成本的浪費(fèi)和安全隱患，最大程度提升褐煤資源利用的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)穩(wěn)步推進(jìn)試點(diǎn)示范，完善技術(shù)工藝升級。我國褐煤提質(zhì)及加工轉(zhuǎn)化仍處于初級階段，大型化、低污染、高效益的問題還未從根本上解決，很多技術(shù)路線看似合理，但在規(guī)模化、工業(yè)化應(yīng)用上還存在諸多問題，系統(tǒng)與流程的合理性需進(jìn)一步優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)性也有待進(jìn)一步增強(qiáng)。褐煤提質(zhì)的發(fā)展應(yīng)穩(wěn)步推進(jìn)，不宜操之過急，褐煤清潔高效轉(zhuǎn)化在充分論證投資風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上可適當(dāng)探索。宜將褐煤熱解提質(zhì)、褐煤制腐殖酸與煤氣化、化工合成及清潔煤電相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)一體化，減少利用過程中的污染排放，提高褐煤清潔高效利用水平。