劣质煤炼成绿色炭

2015年11月26日 05:15 来源：山西新闻网-山西日报

  太原理工大学研发的煤基洁净燃料，拥有“高效固硫、自主补碳、催化助燃”三大核心技术，通过传统焦炉炼出了高效洁净的民用炭。今年冬天，太原城中村及周边农村居民都用上了这种清洁燃料

引入石头炼成焦    

“过去烧生煤，现在烧熟炭；过去烧黑煤，现在烧‘绿炭’。”11月13日，家住太原市尖草坪区柴村镇的居民李新，指着院子内摆放整齐的“绿炭”向记者介绍，用上这种新型炭，家里烧的小锅炉再也不冒黑烟了。据了解，今年冬天，太原城中村及周边农村居民都在使用这种新型清洁燃料，11万台农村小型锅炉将用它来代替原煤。       这种新型清洁燃料学名为煤基洁净燃料，俗称“绿炭”，由太原理工大学自主研发，引入催化助剂，把低价劣质的原煤制成燃点低、污染小、燃烧充分的洁净焦炭，炼制过程副产的焦炉煤气还可生产甲醇、甲烷等化工原料，真正实现了煤炭的吃干榨尽。    “创新就是一种思路，一个点子。”太原理工大学教授杜文广说，他自己就是突发奇想：可否在炼焦原料里加入一种特殊的物质——石头，从而炼出“绿炭”。“焦炉煤气是炼焦过程的副产物，为了将其完全加工成甲醇、甲烷等化产品，必须采用专门的煤气化方式补碳调节碳氢比。于是就想能不能直接把含碳物质加入炼焦原料中，提高碳含量。基于此，杜文广所带领的研发团队便立项，开始做实验，把一些含有碳酸盐、碳酸钙的石头加入炼焦炉，调节焦炉煤气的碳氢比，结果正如预期。既能自主补碳，还能高效固硫，但成品炭中的灰分却增加了。这样的炭不能用作炼钢，如果作为民用燃料倒不错。但问题来了，焦炭的燃点比较高，普通家用炉子根本点不着，只有降低燃点才适合做民用燃料。       针对一系列难题，杜文广及其团队结合多年从事煤炭洁净利用方面的研究经验，尤其是在煤高温干馏、焦炉煤气制天然气等方面的研究积累，组建了以从事煤洁净转化相关研究的刘守军副教授为技术总监，以多年从事焦化生产管理的闫旭东为副总经理，以从事煤转化过程中硫污染物的迁移规律、煤气高温净化等方面研究的上官炬教授为核心的团队，提出以“高效固硫、自主补碳、催化助燃”为主的三大核心技术，研发传统焦炉对劣质煤炭的高效、洁净化利用。    

从2013年开始，杜文广带领其团队经过近千次实验室研究，终于研发成功煤基洁净燃料技术。2014年5月份开始中试，经过300余次的试验，掌握了小试成果的放大技术；2014年9月底，在河津市山西发鑫集团焦化厂4.3米工业捣鼓焦炉上，完成单孔放大，生产洁净燃料80余吨，为工业连续生产奠定了基础。

传统焦炉产“绿炭”    

“搞科研的人首先是把钱变成纸，形成论文、书、专利等，但更重要的是再把纸变成钱，就是把研究成果转化成生产力。”太原理工大学教授苗茂谦是山西煤炭资源清洁高效利用协同创新中心课题组负责人，在煤基洁净燃料课题研发中提供技术指导。他说：“在该课题上，我们不仅把钱变成纸，也实现了把纸变成钱。”      2014年，煤基洁净燃料陆续获得18项国家发明专利，其三大核心技术包括：利用高硫、高挥发劣质煤辅以固硫组分生产出低污染物排放的洁净燃料，1050℃燃烧固硫率高达99%；在焦炉高温环境条件下，实现了焦炉煤气碳氢摩尔比的自主调节，降低了生产天然气、甲醇等化工产品的补碳成本，且可提高吨焦化产品产量；借助助燃催化剂，改善了低挥发高温焦的可燃性能，得以实用。

今年9月，山西焦煤集团五麟煤焦开发有限公司与太原理工大学合作，生产煤基洁净燃料，大型炼焦车间又恢复了往日的活力，机器设备全负荷运转。该公司总工程师杨双新对这种新型燃料非常认可，“经过小焦炉试验、单孔试生产、批量生产，最终产品结果达到环保指标要求，其中主要的是二氧化硫排放量减少了60%以上，粉尘排放量减少了96%以上。”

 山西东辉煤焦化集团有限公司位于五麟公司附近，有四座焦炉设备，由于产能过剩，其中两座焦炉设备早已停止运转，另外两座焦炉结焦时间延长4倍，勉强维持生产。“焦化行业产能严重过剩，盈利能力变差，这是山西焦化企业的一个缩影。”东辉焦化厂负责人李向波说，今年11月，该公司和五麟公司合作，加入生产“绿炭”行列，两座焦炉得以正常运转。       

杜文广介绍，传统焦炉生产“绿炭”，设备并不需要进行太大改进，硬件投资很小。与其他煤化工项目相比，“绿炭”生产具有节能、节水、节约投资，资源综合利用效率高，投入产出比大等优点。如果该技术大规模推广，对我省煤焦经济转型发展，盘活我省举步维艰的焦化产业存量资产均具有重大意义，还可将我省亏损严重的焦化企业打造成全国最大的煤基洁净燃料生产基地。

 民用燃料洁净燃烧

“我们生产的煤基洁净燃料产品质量稳定，成品率达到85%以上，易燃，固硫率达到96%以上，不冒黑烟，污染物排放完全符合国家标准。”刘守军说。       

2014年，在太原市政府、太原市环保局的支持下，“绿炭”分别在太原市政公司工业型煤锅炉以及柴村、大东流、董茹村等多种类型民用锅炉上进行了试烧，共计投入全硫小于1.0%的煤基洁净燃料1万余吨，其中试烧监测点包括太原小店区、万柏林区、尖草坪区等地百余户代表性炉型。试烧期间，太原市监测站投入大量人力、物力进行监测。结果表明：“绿炭”在燃烧过程中无黑烟、无异味、热值高，多环芳烃及重金属等污染物几乎没有。“这种炭易点火，燃烧过程稳定、持久，不结渣，可正常闷炉。”听到居民对“绿炭”的认可，刘守军对自己的研发成果信心十足。    

“如果‘绿炭’替代目前小城镇与农村大量燃用的”三高一低“（高硫、高挥发分、高灰分、低发热量）原煤后，污染物排放总量将大大降低。”杜文广说，在硫减排方面，入炉煤中60%-70%硫转入碳基洁净燃料，燃烧时经过固硫焦炭中85%以上的硫进入灰分，与直接燃烧原煤相比，硫减排高达70%以上，粉尘减排96%，多环芳烃减排达90%以上。    

“该技术是以劣质煤为主要原料，辅以脱硫-增碳-助燃剂经混合、捣固、高温干馏得到碳基洁净燃料。”苗茂谦说，我们一直在研究煤炭资源清洁高效利用，该技术正好为我们找到一个突破口。我省赋存数量巨大的高硫、高灰、高挥发分劣质煤炭，如果将大量劣质煤资源转化为环保、安全的煤基洁净燃料，替代现有民用散烧原煤，能降低烟、尘、硫氧化物、氮氧化物、多环芳烃等污染物排放，可极大提高大气环境质量，改善雾霾天气。

记者 周慧芳