基于低碳理念的煤化工产业发展思考

煤化工产业作为传统能源领域的重要组成部分,承载着巨大的能源供应责任,随着生态可持续发展战略的提出,煤化工产业也面临着环境与可持续发展的压力。低碳理念的提出为引领产业发展指明了重要指向,给煤化工产业带来了新的机遇和挑战。以低碳为指导,煤化工产业发展不仅仅是经济增长与生产力提升,更是生态文明建设和社会可持续发展的必然选择。基于此,探讨低碳理念在煤化工产业发展中的应用和推动作用,革新煤化工产业发展模式、优化产业结构、推动节能减排,以期为实现煤化工产业的绿色、可持续发展提供理论和实践支撑[1]。同时,也为高职院校煤化工相关专业教学指明方向。

我国煤炭工业科技创新进展及“十四五”发展方向

煤炭是我国的基础能源和工业原料,长期以来为经济社会发展和国家能源安全稳定供应提供了有力保障。作为煤炭工业健康有序发展的核心动力,“十三五”以来,我国煤炭行业自主创新能力得到了大幅提升,实现了从跟踪、模仿到部分领域并跑、领跑的转变,取得了突出的成就。系统总结了“十三五”以来我国煤炭科技取得的主要成果,梳理了煤炭地质勘探、矿井建设、煤及共伴生资源开采、矿井灾害防治、煤机装备与智能化、洁净煤技术、节能环保与职业健康等7个领域所取得的理论、技术及工程应用方面的进展。分析了当前煤炭科技发展面临的共性问题,指出煤炭科技创新支撑我国煤炭工业高质量发展的能力依然不足。提出了煤炭科技自立自强、完善现代化煤炭开发利用理论与技术体系的“十四五”煤炭科技发展目标。围绕煤炭安全绿色智能开采和清洁高效低碳利用,明确了“31110”科技创新主要任务,包括煤炭绿色智能开采、煤矿重大灾害防控、煤炭清洁高效转化三大煤炭基础理论研究,煤炭资源勘查与地质保障、大型现代化矿井建设、煤炭与共伴生资源协调开采、煤矿灾害防治、煤矿智能化与机器人、煤炭清洁高效加工、煤炭高效转化利用、煤矿职业危害防治、煤矿应急救援、资源综合利用与生态保护十大重点领域核心技术攻关,煤矿井巷全断面快速掘进、复杂地质条件煤层智能综采、智能化煤矿建设、智能精细高效洗选、煤炭分质利用技术、煤炭液化及高端化工品制备、废弃矿井地下空间资源综合利用、矿区大宗固废资源利用、大型矿区生态修复、煤炭产品质量精准调控10项重大技术创新示范,复杂地质构造槽波地震探测、导井竖井掘进机凿井、掘支运一体化全断面岩巷掘进、煤矿井下水力压裂增透、干法矿物高效分离、采煤沉陷区土地复垦与农业生态再塑、智能无人综采工作面等百项先进适用技术推广应用,为“十四五”时期煤炭科技的发展方向提供了指导意见。

论煤地质学与碳中和

煤基碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分,做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现“碳中和”国家目标的重要途径,碳中和背景下的煤地质学发展值得关注。系统评述与碳中和相关的煤地质学研究领域,分析煤地质学在碳中和研究与工程实践中的作用和应用前景,探讨碳中和背景下煤地质学的重要发展方向。取得以下认识:推进清洁煤地质研究、服务煤的高效洁净化燃烧,勘探开发煤系天然气低碳燃料、优化一次能源结构和化石能源结构,开展煤化工资源勘查与开发地质保障研究、推动煤炭的低碳能源转化和新型煤化工产业发展,深化瓦斯地质研究、提高煤矿瓦斯(井下)抽采率、控制煤矿瓦斯的大气排放和泄漏,研究煤层甲烷天然逸散和煤层自燃排放、控制煤层露头的天然排放,发展煤层CO_(2)地质封存与煤层气强化开发(CO_(2)-ECBM)技术、推动碳捕获、利用与封存(CCUS)技术发展及其在火力电厂烟气碳减排中的商业化应用,研究煤炭勘查企业的碳足迹、实现企业净零排放,是与煤地质学紧密相关的碳减排技术路径;其中煤层甲烷与煤系气高效勘探开发、深部煤层CO_(2)-ECBM、煤层露头气体逸散与自燃发火控制、洁净煤地质与煤炭精细勘查是碳中和背景下煤地质学优先发展的重要领域。

煤矿区煤层气产业化发展现状与前景

总结了中国近年来煤矿区煤层气排放、抽采、利用现状及清洁发展机制(CDM)项目进展。由于中国煤层气地质条件具有板块构造复杂;煤体结构破坏严重,渗透率普遍偏低;储层非均质性强;高煤阶煤和低煤阶煤占主导等特殊性,决定了中国煤层气产业化发展必须走煤层气与煤炭协调开发的道路,且应实行煤层气地面开发与井下抽采相结合的煤层气资源开发利用。通过与美国对比,指出中国70%以上煤田不适合地面大规模煤层气开发,而应结合井下采矿工程进度,采取地面井下相结合,地面预采、采动开采和井下抽采多种方式进行开发。最后分析了煤矿区煤层气开发与地面煤层气开发相比具有的优势和面临的困难,指出在国家激励政策的推动下,随着国家科技重大专项关键技术的研发和示范工程验证推广,煤矿区煤层气产业化进程必将得以加快。

煤的清洁高效利用是中国低碳经济的关键

煤现在是、将来仍是中国的主力能源,且煤用于发电的比例将越来越大。煤的直接燃烧已引起严重的生态和环境污染,并且其直接燃烧很难解决温室气体减排问题。解决煤炭的清洁高效利用问题是中国发展低碳经济的关键。以煤气化为核心的多联产能源系统是综合解决我国面临的能源挑战的重要方案,实施多联产能源战略刻不容缓,延误过渡到以煤气化为核心的多联产技术的时机,将会显著增加将来中国治理空气污染的成本、难以控制未来石油进口,以及大大增加减排温室气体的成本。中国CO2减排应从煤化工开始,积累经验,逐步过渡到"IGCC+多联产+CCUS"。

煤炭清洁利用发展模式与科技需求

中国煤炭利用方式还比较粗放,煤炭清洁利用的产业规模小,空间布局不合理,产生的能效环境问题突出,迫切需要转型升级。提出未来煤炭生产利用模式由煤炭生产转变为清洁能源生产,即大型煤炭基地生产—就地转化成油品、燃气、电力、化工品等清洁燃料和原料的发展模式,分析了支撑未来煤炭清洁利用方式模式的基础条件,提出了煤炭清洁利用的科技需求,对实现煤炭清洁高效利用和促进转型升级具有重要参考价值。

我国选煤技术发展现状及对煤炭清洁利用的影响

介绍了我国目前煤炭资源状况,回顾了我国选煤业的发展现状,分析了煤炭洗选的作用及煤炭洗选对煤炭清洁利用的影响。指出重介选煤是我国选煤技术优先发展领域,模块化选煤厂是我国选煤厂设计和建设的新模式,并指出煤炭的洗选加工是提高煤炭利用率、节约运力、增加煤炭企业经济效益、减少污染物排放减轻大气污染的最经济、有效的途径,是煤炭清洁利用的基础与主导组成部分,是发展洁净煤技术的重点,是煤炭企业的必经之路,对环境保护和实现我国煤炭工业的可持续发展有着重要的战略意义。

矿山开发环境评价应注意的几个循环经济问题

阐述了循环经济的内含与原则,提出了在矿山开发环境评价中贯彻循环经济理念应重点关注的问题是重视矿区一体化整体高效开发、发展绿色开采技术、推行资源的综合高效开发利用、重视“二次矿产资源”资源化利用、推行清洁生产,从生产全过程控制环境污染。

构造控煤作用研究新进展与煤炭资源清洁高效利用

构造作用是控制煤系和煤层形成、赋存的首要地质因素,中国煤田地质条件的复杂性决定了构造控煤作用研究在煤炭清洁高效综合利用基础地质工作中的重要意义。构造控煤作用概念经历了逐渐形成和不断发展的过程,在学科进展和行业需求的推动下,构造控煤作用研究从深度和广度两方面大大拓展,这些进展主要表现为促进对煤化作用进程的深入认识、煤系矿产资源的盆地动力学控制、煤系非常规气成藏与评价、绿色矿山建设地质保障、清洁用煤资源赋存的构造控制等方面。

中国煤炭清洁高效利用技术国际竞争力分析

本文围绕煤炭清洁高效利用未来发展的主要方向,从煤炭加工、燃煤发电、煤炭深加工等方面总结了煤炭清洁高效利用技术发展现状,从技术及其应用方面对比分析了国内外技术发展水平,通过对比分析结果表明中国煤炭清洁高效利用技术总体处于国际领先水平。另外,本文还分析了我国煤炭清洁高效利用技术"走出去"的现状,总结了煤炭清洁高效利用技术在国内应用的潜力,提出应继续推广应用煤炭清洁高效利用技术及其进一步"走出去"的建议。

能源可持续发展综合评价指标的建立与研究

针对13种可能的洁净煤高效发电技术路线,分析对比各技术路线的发电效率、经济性、污染物排放等指标,并建立了能源可持续发展综合指标(energy sustainable development compositive index,ESDCI)。分析不同的指标权重对ESDCI的影响;并基于我国2030,2050年能源利用的不同情景,分析、预测不同发电技术的ESDCI变化趋势。研究结果指出:2030,2050年超超临界燃煤发电机组(ultra-supercritical pulverized coal power plant,USCPC)是电力工业最主要的高效洁净利用技术;如果采用二氧化碳捕集技术(carbon capture and storage,CCS)技术,多联产+CCS、USCPC+CCS以及整体煤气化联合循环发电系统(integrated gasification combined cycle,IGCC)+CCS是较好的选择。研究成果为确定我国煤炭高效洁净化利用的技术途径提供了参考。

我国煤烟型污染防治策略研究

煤烟型污染防治对于我国经济社会可持续协调发展具有重要意义。煤的化学属性决定了其在燃烧过程中会形成不同的硫、氮污染产物及烟尘和微量重金属的排放,而我国煤炭清洁高效利用程度不高又催生了煤烟型污染。煤烟型污染防治技术可分为广义和狭义两类。广义来讲,包含燃用前处理、燃用中处理、煤转化和燃用后处理4类技术,实质上构成了洁净煤技术体系,是在煤炭开发利用的全产业链实现清洁化,目前在我国仍属于开发应用的初级阶段;而狭义仅是指燃用后处理技术,我国当前更需要优先考虑存量煤烟型污染源的防治,因此需加快推进燃用后处理技术的应用。污染防治必须变"被动应对"为"主动根治",形成"深化防控,加大治理,防治结合,以治为主"的"主动型"防治总体思路。建议进一步完善以区域联防联控为重点的污染防治管理职能,加强国家环境污染防治战略与规划顶层设计,构建完备严格的法规体系,加快推进煤炭能源产业政策调整优化,建立健全多样化的金融财税扶持政策体系,推进环保技术创新与人才开发,重建已损害或退化的生态系统,提高全民环保意识。

煤炭工业碳中和发展战略构想

煤炭工业发挥着我国能源安全的关键保障作用,是推进“双碳”战略目标实施的重要领域,基于顶层设计视角勾勒煤炭工业碳中和发展战略对助推碳中和目标达成至关重要。本文立足我国基本国情并考虑区域发展实际,从发展理念、预期目标、重点方向等层面出发,系统阐述了煤炭工业碳中和发展的战略构想并明晰了具体实施路径。“差异达峰、协同中和”是煤炭工业及关联行业低碳绿色与高质量发展的主导方针,核心理念即兼顾空间差异,谋求区域协同发展,在坚持“全国一盘棋”的基础上科学划分煤炭能源生产区、煤炭能源应用区、新能源耦合区,进而分区域、分步骤实现“双碳”目标。可按达峰攻坚期、有序优化期、中和达成期3个阶段部署实施过程,从碳减排、碳替代、碳封存、碳循环4个层面细化实施路径,重点突破煤炭智能精准开采与清洁高效利用、煤矿瓦斯全浓度开发利用、废弃矿井抽水蓄能、储能与电力消纳、清洁煤电与碳捕集利用与封存耦合、CO_(2)高效驱替煤层气、CO_(2)生物/化工利用、矿山绿色生态修复等应用技术。相关研究可为煤炭工业实现“双碳”战略目标提供参考。

煤炭清洁高效利用方式发展方向研究

煤炭清洁高效利用是优化能源结构、保障能源安全、改善环境质量的重要举措,也是推动我国能源消费革命的重要内容。本文从煤种和煤质着手梳理了我国煤炭资源的特点,结合煤炭利用方式分析了煤炭清洁高效利用存在的问题。研究认为,我国煤炭清洁高效利用发展趋势有以下几个方向:广泛应用煤炭清洁高效燃烧技术,促进燃烧结构进一步优化;推进煤炭由单一燃料向原料和燃料并重转变;推动煤基多联产,推进煤炭、油气、新能源等行业跨界融合。

煤炭洁净加工与高效利用

煤炭在一次能源结构中的主导地位和煤炭的大量开采、加工及利用所带来的资源与环境问题,决定了中国必须尽快大力发展洁净煤技术,煤的洁净加工与高效利用是中国洁净煤技术的核心内容。

面向2035年我国能源发展的思考与建议

2035年前是我国基本实现社会主义现代化的关键时期,能源高质量发展是支撑经济社会可持续发展的先决条件,应立足基本国情和所处发展阶段,在保障能源安全供应的前提下推进能源清洁低碳转型。本文从能源总量、能源结构、综合能效、能源科技、体制机制、能源安全六方面阐述了我国能源发展现状,重点分析了未来一段时期内能源发展的关键问题,涵盖煤炭兜底保障作用、能源消费增量的可再生能源替代、油气供给安全、核电发展立足自主、氢能和储能全产业链规模化发展等。着眼2035年能源领域高质量发展,提出了能源革命,碳达峰、碳中和4个阶段的战略目标。研究建议,各环节全面落实节能优先方针,继续实施煤炭清洁高效低碳利用,站位全局谋划和推动可再生能源成为未来能源供应增量的主体,加快低碳转型并统筹构建多能互补能源系统。

新工科背景下煤炭洁净利用相关专业交叉融合升级改造

基于能源升级和结构调整,煤炭开发利用亟需向清洁化、低碳化转变,作为能源矿业类特色优势的中国矿业大学(北京),以新兴产业需求为导向、以学生培养为中心,研究提出了新理念、新模式、新方法、新内容、新质量的工程教育改革思路,包括成立多学科交叉融合的新专业、孕育多元协同煤基能源清洁低碳利用的新方向、提供多学科交叉的特色课程资源、形成以学生为中心的个性化培养方案、打造高水平“四位一体”的培养平台、建立“立体化保障体系”的人才培养模式,阐述了各方面的实施途径,以构建新时代复合型人才培养模式。研究结果有助于更好地开展多学科融合的新工科建设和新工科背景下的教学改革,调整高素质综合人才培养模式,应对能源转型升级和新经济革命挑战。

中国清洁煤炭能源战略思考

根据中国能源资源的国情,阐述煤炭能源的高效清洁利用仍然是我国能源研究领域的重中之重。以矿物加工工程和化学工程学科为基础,论述我国清洁煤炭能源的特点以及煤炭的加工和转化技术,指出高效煤炭加工利用的新技术、新工艺必须纳入新能源规划的考虑范围之内。传统的煤加工与煤转化理论和技术面临着严峻的挑战。煤基多联产是符合我国国情的煤炭清洁高效利用新技术系统,是最经济有效的方法。建设大型坑口电站是当前资源配置最优化、最经济、最洁净能源的战略。二段干法选煤的灰分<8%,硫分<5%,该技术既可用于新建电厂也适用于老厂改造。

煤矿乏风中的甲烷利用技术经济分析

分析了煤矿乏风中的甲烷多种利用途径的技术特点、应用实践及发展方向,研究指出流转反应器技术以及坑口电站助燃技术适合我国煤矿乏风特点,发展潜力大。归纳了"十二五"末我国在煤矿乏风CDM项目方面取得的成绩,根据煤矿乏风利用技术经济评价结果,在不考虑碳交易情况下,乏风利用项目处于亏损状态,通过引入CDM机制,可极大提高乏风利用项目经济性。