我國煤炭綜合利用現(xiàn)狀分析

吳燕 董穎濤 徐靜

（1.陜西煤田地質工程科技有限公司；2.陜西省煤田地質集團有限公司自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室；3.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司）

目前，煤炭加工及相關技術的綜合利用為煤炭資源的綜合利用提供了更多的途徑和方式，特別是煤炭利用的綜合規(guī)劃、有價元素的提取、礦物分離等都是煤礦資源利用的一條重要技術路線，充分發(fā)揮煤炭企業(yè)的獨特優(yōu)勢，煤礦開發(fā)技術路線日益清晰。

一、煤炭資源綜合利用分析

煤炭資源綜合利用是指煤炭資源的物質構成、特性和功能，將煤炭資源從無用變成有用、低功耗、低成本、多功能、可替換的材料，使煤炭資源和煤炭產品的綜合功能和優(yōu)勢得到合理利用。煤炭資源綜合開發(fā)與利用是在煤炭資源綜合利用、煤炭深加工、多元化共同發(fā)展的基礎上，實現(xiàn)煤炭企業(yè)集約化、簡單化發(fā)展，解決煤炭資源利用率低、環(huán)境污染和開發(fā)效率低的問題。要充分發(fā)揮煤炭資源的綜合效益，即經(jīng)濟效益目標、環(huán)境效益目標以及社會效益目標，根據(jù)煤炭資源性質特點充分利用，從根本上改變煤炭資源開發(fā)利用成本高、環(huán)境破壞大的現(xiàn)狀。煤炭資源的有效利用主要包括產業(yè)結構調整、煤炭企業(yè)轉型、降耗和利潤最大化。

1.循環(huán)經(jīng)濟理論

循環(huán)經(jīng)濟本質上是一種生態(tài)經(jīng)濟，必須用環(huán)境保護法來指導人類社會的經(jīng)濟發(fā)展。循環(huán)經(jīng)濟堅持資源高效利用以及循環(huán)再生為原則，具有低消耗、低排放和高效率的特點。循環(huán)經(jīng)濟的核心是減排、再利用和再循環(huán)。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展理念指導，傳統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展模式轉變“生產、消費和浪費”的發(fā)展模式，以最低的資源消耗與環(huán)境成本實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟效益的最大化。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟是21 世紀全球環(huán)境保護的重要途徑，是我國全面建成小康社會，實現(xiàn)新型工業(yè)化的首要任務之一。自20 世紀90 年代以來，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全球經(jīng)濟發(fā)展潮流。環(huán)境保護、清潔生產、綠色消費以及廢棄物再生再利用等已被納入以資源回收、避免廢棄物為特征的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略。

2.可持續(xù)發(fā)展理論

在20 世紀70 年代，世界各國圍繞“生態(tài)危機”、“石油危機”展開以“停止增長或繼續(xù)發(fā)展”為主題的討論。隨著可持續(xù)發(fā)展概念成為生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的重點內容，世界環(huán)境與發(fā)展委員會經(jīng)過長期研究，《我們的共同未來》在1987 年正式發(fā)表，正式定義了“可持續(xù)發(fā)展”意義與概念。可持續(xù)發(fā)展不僅意味著經(jīng)濟發(fā)展要滿足現(xiàn)代人的需求，而且意味著不得削弱子孫后代滿足這些需求的能力，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會、資源以及環(huán)境保護多個方面的和諧發(fā)展，它們是經(jīng)濟發(fā)展目標、保護自然資源與生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展過程中不可分割的系統(tǒng)，就像人們賴以生存的大氣、淡水、海洋、土地和森林等自然資源以及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，能夠讓我們的子孫后代得以發(fā)展和繁榮。可持續(xù)發(fā)展理念的核心內容是發(fā)展，但它需要在嚴格控制人口增長情況、提高人們綜合素質、保護生態(tài)環(huán)境和持續(xù)利用資源的條件下，實現(xiàn)經(jīng)濟和社會發(fā)展。可持續(xù)發(fā)展把發(fā)展和環(huán)境視為一個統(tǒng)一的整體，是協(xié)調統(tǒng)一的。

3.產業(yè)生態(tài)學理論

傳統(tǒng)的工業(yè)產出生產活動模式是一個單獨的生產過程，即原材料獲取、產品生產、廢棄物排出等生產模式，這樣的生產模式應轉換為綜合性更強、適用性更強的生產模式，稱為產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。在產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，煤炭能源和材料消耗得到優(yōu)化，廢物最小化，一個過程的排放物被用作另一個過程中的原材料。在時間的轉換中，我們對工業(yè)產業(yè)生產環(huán)境概念的看法和理念趨于一致。產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可以說是一個跨學科領域，主要研究產業(yè)子系統(tǒng)與整個自然生態(tài)系統(tǒng)整體之間的關系及其可持續(xù)發(fā)展。我國相關領域專家與學者針對產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)提出以下科學觀點。首先，系統(tǒng)思想。產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為產業(yè)系統(tǒng)的所有組成部分及其與生物圈的關系提供了系統(tǒng)化、全面化和綜合化分析視角，并使用“物質流分析”和“生命周期分析”等系統(tǒng)技術進一步了解經(jīng)濟系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)之間存在的內在聯(lián)系；其次，完整過程的概念。產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)關系到產品、過程以及服務在其整個生命周期中的環(huán)境影響，而不僅僅是在局部或某一階段；再次，長期發(fā)展的理念。產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)比較側重于長期環(huán)境適宜性，同時考慮到人類和生態(tài)系統(tǒng)的長久性發(fā)展利益，同時能夠更加深入了解人類對基礎生命支持和再循環(huán)系統(tǒng)的影響，以及未來生產、資源使用和再循環(huán)技術可能對生態(tài)環(huán)境產生的影響，而不僅僅是短期的局部干擾做出應對。

二、煤炭加工和綜合利用技術

1 煤炭加工領域

（1）煤炭洗選。煤炭洗選技術實際上是以人工和機械設備等物理方式或化學手段從煤中去除矸石或其他雜質的過程，大大提高煤炭質量，達到清潔、高效的綜合性利用的目的，進一步實現(xiàn)煤炭資源的清潔利用。

（2）型煤。所謂的煤炭型煤技術，本質上是把一種或多種煤與粘結劑、固硫劑和膨脹劑按一定比例混合，經(jīng)一定的壓力作用，加工制成具有一定外形和物理化學性質的煤炭制品。型煤技術能夠有效減少煤炭燃燒過程中產生的廢棄物，以此來保護自然環(huán)境，同時能夠提升工業(yè)或民用燃煤的燃燒效率。在型煤技術生產期間，應根據(jù)不同的生產工藝篩選出不同粒度的型煤，一般型煤的粒度不大于20 毫米。在干燥過程中，可以根據(jù)不同的粘合劑，充分混合后的粉煤水分會在一定程度上降低；在破碎工藝過程中，混合煤通過破碎設備轉變成較小的粒度，一般會控制在3 毫米到6 毫米之間。在型煤混合工藝過程中，粘合劑經(jīng)攪拌機混合后，能夠在煤粉表面均勻混合。在選擇使用瀝青作為粘合劑，可以通過添加蒸汽進行煤粉加熱。到了成型工藝階段，用成型設備將與粘結劑充分混合，使煤炭顆粒能夠成型。到了后處理程序中，利用成型機將型煤塑造成型，在達到強度要求之前，必須經(jīng)過后處理程序進行處理，使型煤能夠具有一定的防潮性和耐磨性。

（3）配煤。配煤技術是將多種不同類型、不同質量的煤混合在一起，生產出一種“新類型”的煤炭。由于不同類型的煤炭性質存在差異，而配煤技術可以提高混合煤燃燒的利用率，減少廢棄污染物，使各種煤炭設備不再受到單一類型煤炭材料的限制，全面提高煤炭資源的綜合利用率，降低煤炭資源利用成本。

（4）水煤漿。水煤漿技術的出現(xiàn)始于20 世紀70 年代。由于石油資源逐漸減少，導致全球經(jīng)濟發(fā)展受到巨大的負面影響。全球各國都認識到石油、天然氣等能源面臨枯竭問題，因此再次強調煤炭資源的清潔利用技術。水煤漿技術作為目前最具性價比的煤炭清潔利用技術，水煤漿是當前一種新型的燃燒材料，可以做到利用煤炭來代替石油。與傳統(tǒng)燃煤技術相比，水煤漿技術具有明顯的節(jié)能性。普通中小型燃煤鍋爐采用水煤漿作為燃燒材料，可降低30%以上的煤炭資源消耗量。不僅如此，水煤漿燃燒產生的廢棄物中灰分與含硫雜質比例低，燃燒利用率高，對于粉塵顆粒、二氧化硫等廢棄物的排放量也明顯低于單一化的煤炭材料燃燒以及石油產品燃燒。當前，我國環(huán)保水平的不斷提高，以水煤漿代替石油，或是以水煤漿取代煤炭具有廣闊的應用和推廣前景。

2.煤炭轉化領

（1）煤氣化。煤炭在燃燒過程中將會產生大量固體污染物，會導致嚴重的環(huán)境污染。煤氣化技術可以有效地把煤炭轉化為清潔能源，有效減少煤炭燃燒產生的廢棄物，降低大氣環(huán)境污染問題，從而使煤炭的綜合利用效率有所提升。簡而言之，煤氣化技術是將處理后的煤炭轉移到氣化爐等容器中施加一定溫度和壓力，以一定的流動方式（固定床、流化床、氣流床）將其與空氣或氧氣、蒸汽進行反應后轉化為氣體，以產生粗制的水煤氣。接下來，把粗制的水煤氣通過脫硫脫碳等技術工藝進行進一步處理，從而獲得一氧化碳氣體。利用煤氣化技術產生合成氣體，能夠用于民用燃氣、電廠發(fā)電、化工生產等多個領域。

（2）煤液化。煤液化技術能夠把煤炭轉化為液體燃料。從技術層面來說，煤液化技術主要包含直接液化與間接液化兩種技術工藝，其中直接液化生產工藝能夠把煤炭、氫氣以及催化劑進行混合反應，經(jīng)過裂變將煤炭轉化為液體燃料；間接液化生產工藝能夠把煤炭作為生產原材料，把煤炭氣化并轉化為合成氣體，之后利用催化劑的反應作用催化生成碳氫化合物、醇染料以及相關產物。兩種煤液化技術相比，煤炭直接液化技術操作要求比較高，但是直接液化生產出的煤炭產品相對均勻且單一化，生產成本高。煤炭液化技術是當前我國煤炭產業(yè)向高科技產業(yè)轉型的關鍵技術，能夠減少煤炭燃燒帶來的環(huán)境污染問題，并且能夠充分利用我國豐富的煤炭資源優(yōu)勢，推動我國社會經(jīng)濟發(fā)展。此外，煤液化技術可以生產優(yōu)質汽油、柴油和航空油，生產成本低于進口石油。

3.煤炭開采利用過程中煤系礦產的綜合利用

（1）煤層氣開發(fā)技術。煤層氣被稱為煤礦瓦斯，主要儲存與地下煤層之間，主要由甲烷構成。甲烷通常附著于煤炭基質粒狀物表面上，是作為煤炭資源的半生礦產資源而存在的，是天然氣的一種重要存在形式。煤層氣是我國寶貴的能源儲備，煤層氣燃燒后產生的熱量是普通煤的2 到5 倍，并且煤層氣在使用過程中幾乎不產生廢棄污染物，這是一種高品質的工業(yè)生產燃料以及民用生活燃料。煤層氣的開采一般有地面鉆井開采和井下瓦斯抽放系統(tǒng)抽出兩種方式。

（2）煤矸石綜合利用技術。當前我國最多的工業(yè)廢物是煤矸石，煤矸石綜合利用技術是現(xiàn)階段我國一項長期經(jīng)濟政策。煤矸石長期堆放造成土地資源的損失，而且容易導致自燃事故、空氣污染以及水環(huán)境污染等問題。煤矸石綜合利用主要集中在煤矸石的大規(guī)模再利用上，把煤矸石在發(fā)電行業(yè)、建材領域、回填等無公害處理方面的利用作為發(fā)展重點。然而，我國煤矸石再利用技術水平和機械設施相對比較落后，煤矸石二次開發(fā)利用在技術要求方面高，導致煤矸石綜合利用效率比較低。在技術工藝支持下有效提高企業(yè)在煤矸石綜合利用方面的經(jīng)濟價值，提升企業(yè)經(jīng)濟收益，促進環(huán)境保護目標的實現(xiàn)。

三、煤炭深加工與綜合利用的科學策略

1.全面完善煤炭產業(yè)政策，調節(jié)價格體系

目前，社會各界對于環(huán)境保護重要性的認識日益增強，我國政府方面也在不斷加快制定相應的環(huán)境保護政策。我國環(huán)境保護政策在制定過程中將“低碳”一詞作為重點，這無疑是煤炭行業(yè)發(fā)展的一大障礙。鑒于此，制定相應的煤炭發(fā)展政策將直觀關系到煤炭行業(yè)的發(fā)展。進一步加強煤炭政策管理，加強煤炭價格體系調整的主要目的是防止大規(guī)模煤炭資源開采行為。在調整煤炭價格體系時，我們應始終遵循相關的價值規(guī)范，并以煤炭價格的內部結構為基點。煤炭產品的價格可以分為兩大點：一方面是煤礦的生產成本和相關企業(yè)的合法利潤，應為企業(yè)所有；另一方面是煤炭資源經(jīng)濟附加值，應為國家和整個社會所有。在對煤炭價格體系進行科學調整后，煤炭資源增值部分可分為兩部分：大部分為國有，其余為企業(yè)所有，這樣的方式能夠徹底解決煤炭生產和加工過程中資源耗損利益驅動。

2.積極轉變觀念意識，增強深加工及利用思想

通過環(huán)境保護政策指導，“低碳”已成為煤炭行業(yè)發(fā)展的關鍵推動力。為了能夠減少煤炭應用產生的二氧化碳排放量，煤礦生產企業(yè)應注意積極轉變觀念，樹立科學的煤炭深加工利用的思想和理念。以中國煤炭資源豐富的山西省來說，煤炭資源年出口量有1.5 億噸。同時，在煤炭資源轉移的情況下，煤炭產品類型比較單一，內部結構基本相似，缺少更加完善的煤炭產品營銷模式。有鑒于此，地方政府有關部門和煤炭生產企業(yè)應注意思想觀念的轉變，培養(yǎng)正確的生態(tài)環(huán)保意識和資源開發(fā)利用意識，以科學的角度來進行煤炭資源利用，從而改變煤炭產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。

3.加大科技投入，促進煤炭加工科研事業(yè)發(fā)展

在煤炭深加工和綜合利用過程中，科技手段利用不足，造成這一問題的主要原因是我國政府在煤炭行業(yè)發(fā)展方面的投資相對較少，而煤炭生產企業(yè)仍然不是科技投入的主體。對于煤炭行業(yè)發(fā)展來說，煤炭企業(yè)技術開發(fā)經(jīng)費所占比例不高。科學技術作為當今社會發(fā)展的第一生產力，在煤炭企業(yè)中加大科技投入尤為重要。為了提高煤炭深加工活動及煤炭開發(fā)利用的效率和質量，必須取得國家和企業(yè)資金以及技術的支持。只有這兩個因素的有機結合，才能促進煤炭科研事業(yè)的高質量發(fā)展，保持我國煤炭產業(yè)鏈的穩(wěn)定增長，充分利用有限的煤炭資源。

4.全面開展煤炭深加工及利用的新興局面

當前，社會呈現(xiàn)出現(xiàn)代化的趨勢，經(jīng)濟發(fā)展達到了高潮。在煤炭資源深加工利用中，要注意及時抓住機遇，促進煤炭行業(yè)產業(yè)進一步發(fā)展。具體來說，在煤炭企業(yè)的運營發(fā)展的同時，要注重科學創(chuàng)新和深加工利用技術的開發(fā)，嚴格依法辦事，積極創(chuàng)建示范企業(yè)，科學經(jīng)濟地利用煤炭資源，以開創(chuàng)其深加工利用的新局面。

四、結束語

煤炭作為一項重要能源和礦產資源，我國國民經(jīng)濟70%以上能源都是依靠煤炭資源來支撐。從煤炭資源的整體利用出發(fā)，優(yōu)化選礦項目和相關技術的資源利用，實現(xiàn)煤礦生產企業(yè)經(jīng)濟效益最大化、煤炭資源利用最大化也是當前我國煤炭行業(yè)面臨的新形勢和新任務。根據(jù)我國煤炭資源特點和政府相關政策，借鑒國外成功經(jīng)驗，以科技手段來解決關鍵技術問題，全面發(fā)展煤炭資源深加工技術，提升煤炭廢棄物綜合利用效率。通過全面完善煤炭產業(yè)政策，調節(jié)價格體系，積極轉變觀念意識，增強深加工及利用思想，加大科技投入，促進煤炭加工科研事業(yè)發(fā)展，全面開展煤炭深加工及利用的新興局面。從多方面入手來優(yōu)化煤炭產業(yè)結構，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，充分利用煤炭資源，注重生態(tài)環(huán)境保護的同時，提升資源循環(huán)利用率，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。