中國煤炭科工：發(fā)力煤炭清潔高效利用，讓“烏金”變“綠能”

  作為國家能源集團神東煤炭公司推進黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展的示范樣板、重點環(huán)保工程，截至5月16日，補連塔區(qū)域礦井水提標(biāo)治理項目已累計處理水量超過100萬立方米，硫酸鈉出鹽超過2000噸，氯化鈉出鹽超過200噸，進一步保護了烏蘭木倫河的清清綠水。

  由中國煤炭科工集團杭州研究院設(shè)計的該項目，是神東煤炭公司首個投運的礦井水零排放處理工程，設(shè)計礦井水零排放處理能力為3萬立方米/天，可滿足補連塔煤礦、上灣煤礦未來10年的生產(chǎn)要求。而這只是中國煤炭科工推進煤炭清潔高效利用的冰山一角。

  “雙碳”目標(biāo)下，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行。作為全球唯一全產(chǎn)業(yè)鏈綜合性煤炭科技創(chuàng)新型企業(yè)，中國煤炭科工如何應(yīng)對?他們將煤炭清潔利用作為創(chuàng)新發(fā)展的主攻方向。

  “黑水”變“清水白鹽”

  依托30多年不斷積累創(chuàng)新的煤礦礦井水處理技術(shù)和工程經(jīng)驗，中國煤炭科工杭州研究院攻關(guān)高鹽礦井水“零排放”處理技術(shù)。他們針對補連塔區(qū)域礦井水來源復(fù)雜、水質(zhì)變化大、處理要求高的難題，采用自主開發(fā)的“適度分步協(xié)同預(yù)處理+多級耦合膜濃縮+多組分分鹽結(jié)晶”等技術(shù)，極大的緩解了補連塔區(qū)域的環(huán)保壓力。

  山東能源淄礦集團正通煤礦的4000噸/小時礦井水處理工程是我國單井規(guī)模最大的礦井水凈化處理工程。根據(jù)該礦排水量大、懸浮物含量高的特點，杭州研究院研發(fā)并設(shè)計了預(yù)沉與分級處理工藝，解決了懸浮物含量2000毫克/升以上的礦井水凈化處理難題，出水濁度≤10NTU，礦井水變得清澈起來。

  在杭州研究院設(shè)計的礦井水處理工程的加持下，中煤能源集團、淮河能源集團、淮北礦業(yè)集團、皖北煤電集團、龍煤集團、冀中能源集團等大型煤炭企業(yè)實現(xiàn)了“黑水變清水，污染變資源”。

  除了讓“黑水”變“清水”，在杭州研究院的不懈努力下，煤礦還可以生產(chǎn)雪白晶瑩的鹽。依托杭州研究院研發(fā)的“適度分步協(xié)同預(yù)處理+多級耦合膜濃縮技術(shù)+MED冷凍分鹽結(jié)晶”工藝，內(nèi)蒙古伊泰廣聯(lián)煤化有限責(zé)任公司紅慶河煤礦的高鹽礦井水經(jīng)處理變成生產(chǎn)和生活用水的同時，還分離出硫酸鈉和氯化鈉等化工原料。紅慶河煤礦也成為煤炭行業(yè)首家實現(xiàn)礦井水“零排放”和結(jié)晶分鹽的煤礦。

  深耕煤層氣抽采利用技術(shù)

  煤層氣的主要成分是甲烷，開發(fā)利用煤層氣對增加潔凈能源供應(yīng)，減少井下瓦斯災(zāi)害，推動能源供給革命具有重要意義。踐行“雙碳”目標(biāo),抓技術(shù)創(chuàng)新是題中應(yīng)有之義。近年來,中國煤炭科工不斷深耕煤層氣抽采利用技術(shù)，助力碳減排。

  中國煤炭科工西安研究院探索并完善了碎軟低滲煤層頂板水平井分段壓裂地面瓦斯抽采技術(shù)和碎軟低滲煤層非固井套管完井煤層水平井分段壓裂地面煤層氣抽采技術(shù)，形成了高效可靠的煤層氣鉆井工藝技術(shù)、儲層改造技術(shù)和精細(xì)化排采技術(shù)，探索形成了適合不同地區(qū)地質(zhì)及儲層條件的煤層氣開發(fā)技術(shù)。

  針對煤礦井下區(qū)域瓦斯高效抽采和提濃利用需求，西安研究院研發(fā)出適合井下煤(巖)層鉆孔裸眼坐封的水力壓裂工具串，以及低壓端水力加砂壓裂成套裝備和基于壓力平衡的高壓端加砂設(shè)備。目前，相關(guān)成果已在山西、陜西、貴州、河南、安徽等地煤礦區(qū)推廣應(yīng)用，鉆孔平均瓦斯抽采濃度達到40%以上，瓦斯抽采濃度和抽采量顯著提高。

  為實現(xiàn)低濃度煤層氣的高效利用，中國煤炭科工重慶研究院研發(fā)了低濃度煤層氣發(fā)電提效技術(shù)，并在山西蘭能煤層氣開發(fā)有限公司所屬小西電站成功應(yīng)用，發(fā)電效率提高了15%，開機率提高了24%。此外，重慶研究院還研發(fā)了低濃度煤層氣蓄熱氧化高效利用技術(shù)，并在華陽集團一礦楊坡堰風(fēng)井工業(yè)廣場建成煤層氣蓄熱氧化利用項目。據(jù)了解，該項目能耗指標(biāo)較國內(nèi)外同類產(chǎn)品降低10%，年利用低濃度煤層氣691萬立方米，華陽集團一礦低濃度煤層氣的利用率從0提升至26%。

  多點發(fā)力破解“卡脖子”難題

  煤炭清潔高效利用，離不開先進技術(shù)的支撐。中國煤炭科工在煤基新材料、水煤漿、煤氣化等領(lǐng)域多點發(fā)力，破解了一系列的技術(shù)難題。

  PEN學(xué)名“聚萘二甲酸乙二醇酯”，是一種性能優(yōu)良的特種聚酯。由于合成PEN的關(guān)鍵單體2.6—萘二甲酸生產(chǎn)技術(shù)被國外公司長期壟斷，PEN成為我國“卡脖子”的材料。煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司通過產(chǎn)學(xué)研合作的方式，成功研發(fā)出煤基2.6—萘二甲酸連續(xù)制備技術(shù)，制備出的2.6—萘二甲酸樣品經(jīng)下游企業(yè)應(yīng)用驗證，各項指標(biāo)均達到進口產(chǎn)品水平，有效填補了該技術(shù)在國內(nèi)的空白。

  水煤漿可作為代油代煤的清潔燃料，也可作為氣化使用的原料。近年來，各生產(chǎn)企業(yè)逐漸使用變質(zhì)程度較低的低階煤制備氣化水煤漿。由于低階煤普遍存在內(nèi)水含量高、可磨性差的情況，使用單棒磨機制漿技術(shù)制備的水煤漿濃度偏低，流態(tài)及穩(wěn)定性較差，不利于提高氣化爐效率，成為限制水煤漿產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸。

  科工節(jié)能國家水煤漿工程技術(shù)研究中心自主研發(fā)的分級研磨制漿技術(shù)，可在單棒磨機制漿技術(shù)的基礎(chǔ)上將煤漿濃度提高2個至4個百分點。以該中心榆林凱越項目為例，采用該技術(shù)后水煤漿濃度平均提高4個百分點，最高濃度達66.7%。

  目前，煤化工行業(yè)存在煤漿濃度低影響氣化效率、煤化工污泥難處理且成本高、中濃度管輸煤漿直接氣化效率低等亟待解決的難題。中煤科工清潔能源股份有限公司研發(fā)出的氣化煤漿粒控提濃系列工藝與關(guān)鍵裝備，可有效解決氣化煤漿濃度低導(dǎo)致的氣化效率低的問題，解決了化工污泥難處理、處置成本高的行業(yè)痛點，解決了管輸煤漿終端產(chǎn)品高值利用問題，為煤炭低成本、全封閉綠色管道輸送提供了技術(shù)支撐。