1、1烟煤煤末转化无烟型煤及煤气、焦油、余热联产利用技术开发（2014 年 11 月 6 日）一、我国煤碳利用现状与解决对策1、煤碳供求与利用概况我国是世界上煤碳第二储量大国和第一消费大国。已探明的煤碳储量为 9000 多亿吨，其中无烟煤（挥发份40%）占 15%、烟煤（其中 80%为煤末）占 75%。我国的煤碳消费占能源消费总量的 75%以上，其中无烟煤因发热量高、挥发份低、燃烧无黑烟污染等优点，广泛用于工业煤气、化肥合成氨、民用燃料（餐饮、取暖、洗浴）等领域，但其年开采量只能满足需求的 1/3，缺口巨大，只能利用烟煤进行部分替代；褐煤发热量低（大多4500 大卡）后利用。另外褐煤易风化自燃，限
2、制了其长途外运和市场销售，只能就近开发利用；占煤碳开采比重最多的烟煤广泛用于钢铁、建材、煤化工（共计占 20%） 、火力发电（占 70%）和替代民用燃料（约占 10%） 。我国的烟煤（钢铁、建材、民用和发电）利用方式均为直接燃烧技术，存在资源利用率低、污染严重等问题，其中的燃煤火电行业最为突出。2、烟煤利用大户燃煤火力发电技术现状我国也是火力发电大国。以煤为主的能源结构，决定了我国2以燃煤发电的主导地位。我国燃煤火力发电装机容量，分别占到全部装机总量的 67%和火力发电总量的 92%。燃煤火力发电普遍采用直接燃烧发电技术，工艺路线为：烟煤磨碎至 200 目煤粉，吹射到锅炉燃烧，加热锅炉中的水变
3、成水蒸气，推动汽轮机发电。煤碳直燃发电技术具有投资小、成本低等优势，但存在资源浪费和污染环境两大弊端。一是煤碳中富含的煤焦油被白白烧掉，既造成资源浪费，又加剧了二次环境；二是煤碳直接燃烧产生和排放大量的有害烟尘和有害气体。据统计，我国大气中烟尘的70%、二氧化硫的 90%、二氧化碳的 70%、氮氧化物的 67%都来自于燃烧的排放，其中火力发电的贡献度高达 80%。因此，治理大气污染的重点和关键是改进烟煤燃烧、尤其是火电燃煤技术，在提高燃烧效率的同时，大幅降低污染物的产生和排放。洁净煤技术是当前世界各国解决环境问题的主导技术，也是国际高技术竞争的重要领域。目前国内外正在研究试用的火力发电洁净煤技
4、术的代表工艺为：“整体煤气化联合循环发电系统（IGCC） ”，其工艺过程为：烟煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，送往燃气轮机发电，燃气轮机的排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸气驱动蒸气轮机发电。IGCC 技术把高效的燃气蒸气联合循环发电系统和洁净的煤气化技术相结合，既提高发电效率，又节能减排，其发电的净效率可达 45%，脱硫效率可达 90%，二氧化硫排放、氮氧化物排放、污染物排放和耗水量，分别只有常规燃煤电厂的 2%、20%、10%和 30%。但是高投资、高成本和气化炉对原料的苛刻要求等限制了 IGCC 技术的推广应3用。典型案
5、例是：目前我国只有华能天津 IGCC 一家试验电厂，其建设规模为 25 万千瓦，投资强度为每千瓦 1.3 万元（日本等发达国家为 0.8 万元） ；发电成本为 0.9 元/度（上网电价为 0.5元/度） ，如若长期运行每月亏损可达 1 亿元。另一方面，IGCC 可配套使用的三种气化炉的工作情况分别为：一是喷流床气化炉的炉堂温度可达 2000，烧掉了高价值的煤焦油，造成资源浪费；二是固定床气化炉（鲁奇炉）虽可回收煤焦油，但是只能使用优质烟煤块煤；三是流化床气化炉可更多回收焦油及烃、酚、苯、萘等有机物，但也必须使用烟煤块煤，而占烟煤 80%的煤末同样不能直接使用。因此，创新研发粘结剂，将大量的烟煤
6、煤末制成无烟型煤，同时配套解决高温燃烧热强度、回收煤焦油、去除污染物等关联技术问题，并广泛用于火力发电、工业煤气、民用燃料、化肥合成氨等领域，是兼顾实现提高资源利用效率和节能减排双重核心目标的关键所在。3、解决烟煤直接燃烧的技术对策综上所述，目前不论是燃煤发电，还是民用燃烧，均采用烟煤（块）直接燃烧，都存在资源利用率低（包括燃烧效率低和煤末利用率低）和污染严重两大技术难题。针对这些现状，本公司经多年探索研究，取得了重大技术突破创新发明新型粘结剂，可将占烟煤八成的煤末通过干馏转化成无烟型煤，并实现多种功效。（1）烟煤无烟化将烟煤末制成无烟块煤，实现燃烧无烟化，扩大烟煤用途，提升经济价值，弥补无烟
7、煤缺口。（2）回收煤焦油实现联产工艺，将过去烟煤直接燃烧4掉的煤焦油在燃烧前提前回收，增加经济价值。（3）回收净化煤气，减少污染排放一是通过干馏工艺，提前回收煤气，并从中除去硫化物、氮化物、粉尘等，大幅度降低烟煤燃烧时污染物的产生和排放；二是通过粘结剂，将烟煤型煤中剩余污染物的大部分固化在煤渣中，进一步减少污染物的排放。二、烟煤煤末洁净高效利用技术创新1、技术创新点几十年来，我国的工业型煤技术在无烟煤型煤领域取得了不少成果，但在烟煤煤末制作型煤这一主要领域一直未能突破瓶颈，表现为：采用传统粘结剂制作的烟煤型煤，在炉堂高温燃烧时，由于高挥发份的大量析出，急剧降低了型煤的热强度和热稳型性，造成型煤
8、在炉堂中的塌陷粉化等源头性技术难题，也阻碍了烟煤（末）联产焦油、煤气等下游技术的综合开发利用。本公司经多年研究试验，攻克了一系列共性关键技术，发明了四项专利，实现了五项技术创新，解决了系统性技术难题，实现了煤（末） 、焦（油） 、 （煤）气、 （余）热、 （发）电联产技术开发利用。（1）创新点之一：型煤强度高创新发明了烟煤末制作无烟型煤的系列专用粘结剂。使用该系列粘结剂制作的烟煤末型煤，具有冷强度和热强度高、防水性和热稳定性好等综合技术性能，彻底解决了传统烟煤末型煤在高温燃烧时挥发份急剧析出造成的塌陷粉化等产业化中共性关键技术难题。（2）创新点之二：烟煤无烟化5优化设计干馏工艺及配套的中温干馏
9、炉，将专用粘结剂制作的烟煤末型煤，经较长时间的干馏，使挥发份充分释放 60%-90%，再经过收集和净化工艺，去除污染物，分离出焦油和煤气；剩余污染物的大部分固化在干馏物的终端产品无烟型煤中。经干馏形成的无烟型煤在使用燃烧过程中的污染排放量可降低 90%以上。（3）创新点之三：提高固定碳与焦炭和无烟煤相比，烟煤的含碳低、热值低、挥发份高、燃烧污染严重，限制了本煤种的广泛用途。采用该系列粘结剂和焦炭末、兰炭末、烟煤末等原料混配、成型干馏，可开发生产固定碳 65%90%的焦炭和优质无烟型煤，扩大使用范围，提高利用价值。一是将炼钢厂、炼焦厂、兰炭厂筛分出低用途的焦炭末，制成焦炭块再回炉使用；二是优化原
10、料配方，生产固定炭80%的高碳无烟块煤，在电石生产中代替焦炭，或作为置换反应剂用于冶金和化工等重要生产行业；三是生产固定碳 65%80%的中碳无烟块煤，用于工业煤气、化肥合成氨和制热取暖等民用行业。（4）创新点之四：褐煤提质深加工褐煤是煤化程度最低的矿产煤，富含挥发份（40%） ，水份（15%60%）和腐值酸，发热值普遍较低，易风化自燃，不易储运。使用该系列粘结剂可将褐煤提质后的半焦末制成无烟块煤，提高含碳量和发热值，并可长途储运和广泛用于民用燃料、合成氨、电石生产等行业。（5）创新点之五：创新优化“煤、焦、气、热、电”联产利用新工艺6经过多年的试验和研究应用，本公司创新并优化出烟煤煤末转化无
11、烟型煤和煤气、焦油、余热的联产利用工艺，实现“煤、焦、气、热、电”的综合开发利用，提升资源利用效率和节能减排水平。其技术路线图为：2、技术的先进性本公司在烟煤联产方面已申请和授权专利四项，分别是烟煤制作无烟煤的方法、褐煤煤末成型提质的方法（均为授权专利）和烟煤煤末转化无烟块煤专用粘结剂、烟煤煤末转化无烟块煤专用粘结剂的制备方法（均为已受理专利） ，在此领域填补国内外配煤 风选 粉碎+ 粘结剂混合搅拌 压制成型 烘干加热干馏加热（500-700）（高温）无烟型煤（高温）含焦油煤气保温（500-700）高温氮气熄火高温热交换（常温）无烟型煤余热发电焦油（外销）含污染物煤气净化提纯纯净煤气（部分外销
12、）（去除硫化物、氮化物、烟尘等污染物）（部分煤气用于加热干馏）研发匹配的粘结剂配方去除煤矸石降温降温7空白，具有知识产权和技术竞争的（排他性）优势。3、技术的成熟性本公司研发的烟煤煤末转化为无烟型煤等关联技术，已在国内外得到成熟性应用。例如：为中煤平朔集团（央企、行业排名第 位）研发出利用兰炭末制作型煤（用于高炉烧石灰）的专用粘结剂（技术转让费 115 万元） ；为云南天力煤化公司研发出利用无烟煤末制作高固定碳型煤（用于代替型焦生产电石）专用粘结剂；为越南和发钢铁公司研发出利用（无粘性的）高固定碳无烟煤末制作无烟型煤的专用粘结剂；“烟煤煤末转化为无烟块煤技术研究”列入河南省科技厅 2013 年
13、创新基金项目；“烟煤末无烟化型煤用于双段炉造气技术研究”列入 2013 年三门峡市科技攻关项目。4、技术的经济性（预计）烟煤直燃发电与烟煤气化联产发电的处理吨烟煤收益对比如下：单位：吨、元 分类 原料烟煤 成本 发电成本 型煤成本 气化成本 总成本 总收益 利润 利润增加直燃发电 450 115 0 0 565 575 10联产发电 450 60 100 30 640 665 25 150%注：处理吨烟煤的总收益=无烟型煤 360 元+煤气 140 元+焦油 100 元+余热发电 65 元=665 元三、项目条件、合作意向与发展计划1、项目已有的基础和条件三门峡中兴节能环保科技有限公司成立于
14、2008 年 12 月，是一家专业从事煤碳综合利用技术研究开发和产品生产销售的民营科技企业，注册资金 300 万元，总资产 700 万元，员工 30 余人，8拥有发明专利 2 项、实用新型专利 4 项，已申报待授权的专利 40余项。研发生产范围包括：各种型煤粘结剂技术（产品）研发；褐煤提质加工及运输扬尘控制技术（产品）研发；兰炭末、焦炭末的提质利用开发；矿粉成团利用开发；煤矸石、煤泥、烟道灰、废弃碳素、食用菌废弃培养基等的综合利用开发。拥有年产 1 万吨干粉粘结剂和 7 万吨型煤生产能力。公司下设三门峡中兴能源化工检测研究开发中心，并与三门峡市质量技术监督检验测试中心合作，组建了三门峡能源化工
15、检测研究开发中心，上升成为市级第三方独立检测机构，拥有检测和办公面积 1700m2、仪器设备 100 多台套、价值 500 多万元，从事能源、化工、农资、农残、土壤等领域的检验检测和研究开发。2、项目合作意向在烟煤联产开发方面，目前已有 2 家较大的意向合作项目。一家是临汾煤气公司，拟利用本公司“烟煤末制作无烟型煤及煤气、焦油、余热联产利用技术” ，一是将烟煤煤末成型和干馏造气（居民生活用气） ；二是余热进行城市供暖；三是转化后的无烟块煤作为民用燃料（取暖、餐饮、洗浴） 。另一家是日照钢铁公司临汾炼钢厂，拟利用本公司“烟煤末制作无烟型煤及煤气、焦油、余热联产利用技术” ，将其自备电厂的一台燃煤
16、发电机组改造为煤气化发电，联产的半焦煤（高碳无烟块煤）用于炼钢，煤气和余热用于发电。但两家均要求合作前必须先看到中试结果。3、下步发展计划本项目属煤碳、化工、电力等多行业复合性技术，其中烟煤9末成型利用既是原创性技术，也是源头性技术，既需要单独验证，也需要与相关成熟性技术（含污染物煤气的净化提纯、余热发电技术等）对接融合，创新形成“煤、焦、气、热、电”联产利用技术，因此本项目分三期建设。在三期建设和试验示范的基础上，加快技术推广应用。（1）一期工程：建设联产中试生产线投资建设年处理 5 万吨烟煤末联产中试生产线，总投资 500万元，其中本公司已建有年产 7 万吨型烟生产线，投资 300 万元。
17、缺口资金 200 万元，用于干馏炉及氮气熄火、净化提纯等配套装置的设计制作或选型外购。另需流资 300 万元，用于烟煤等原材料的购置和循环使用。项目预期经济规模为：年产半焦煤 3.75万吨（吨售价 600 元） 、洁净煤气 5000 万立方（每立方价值 0.15元） 、煤焦油 1500T（吨售价 2500 元） 。年产值 2625 万元，总成本 2075 万元（其中原煤 300 元/T、型煤加工及干馏成本 115 元/T） ，年利润 450 万元，年税收 100 万元（未计入煤气及余热利用产值、利税） 。联产中试生产线的主要目的是，验证联产技术的先进成熟性、减排环保性和经济收益性，包括：一是粘
18、结剂及型煤技术的先进性（如型煤热强度等） ；二是含污染物煤气的净化提纯技术及减排效果；三是无烟块煤产品的燃烧及减排效果；四是高温氮气熄火技术及余热产出（温度、热量等）情况；五是经济收益效果。（2）二期工程：在煤气公司进行生产示范在联产中试的基础上，选择临汾气化厂进行烟煤末制作无烟型煤及煤气、焦油、余热联产利用技术生产示范。重点示范：利用粘结剂和烟煤末生产无烟块煤技术；干馏联产焦油、煤气和余10热利用技术；焦油、煤气与污染物分离净化提纯等三大复合联产技术的先进性、成熟性、环保性和经济性。项目总投资 600 万元，年处理烟煤末 2.5 万吨，年产无烟块煤 1.5 万吨（用于居民取暖）、煤气 250
19、0 万立方（居民生活用气） 、煤焦油 1500 吨（外销） 。年产值 1575 万元，总成本 963 万元（原煤 250 元/T，型煤加工、干馏、余热利用等 135 元/T） ，利润 537 万元，税收 75 万元（未计余热利用收益） 。（3）三期工程：在燃煤电厂进行生产示范在上述中试和煤气公司示范的基础上，选择日照钢铁公司临汾炼钢厂进行“烟煤末制作无烟型煤及煤气、焦油、余热联产发电技术”生产示范。重点增加联产余热发电技术示范内容，创新建设“烟煤末联产无烟型煤、煤气、焦油、余热发电”五位一体资源综合利用和节能减排示范工程，进行全方位复合性技术应用示范。项目总投资 700 万元，年处理烟煤末 6
20、 万吨，年产半焦煤3.6 万吨（用于炼钢） ，煤气 6000 万立方（用于发电） ，煤焦油3600 吨（外销） 。项目年产值 3780 万元，总成本 2310 万元（吨原煤及处理成本 385 元） ，利润 1290 万元，税收 180 万元（未计余热利用收益） 。三期总投入 1500 万元（其中后两期以用户企业投入为主） ，项目完成后总产值 7980 万元，利润 2277 万元，税收 355 万元，投资利润率 126%（计入已有的 300 万元投资，总投资按 1800 万元计算） ，投资回收期不到 8 个月。（4）加快技术推广应用燃煤火电企业钢铁生产企业11煤气生产企业合成氨生产企业四、实施方
21、案1、顶层设计、统筹规划本项目劣势明显技术新、企业小、位置偏、总体实力还不强等，造成认知度低、推广难度大等不利局面。本项目又优势突出技术先进成熟、破解了产业共性技术难题、属国家节能减排政策优先扶持推广技术、投资小、利润大（上述利润等指标均按最保守计算） 、市场前景广阔。鉴此，需要加强顶层设计、统筹规划，以利于招商引资、加快进度、高端合作、提升水平、凸显价值，快速多领域占领市场，实现多方共赢和利益最大化。2、进一步凝练项目材料项目材料是引进战略投资、开展高端科技合作的基础，要在自有技术的先进性、成熟性、排他性，复合（现有）技术（含污染物煤气净化提纯技术、余热利用及发电技术等）的成熟性、可融性，投
22、入产出，以及材料的逻辑性、数据的可靠性等方面进一步凝练，并力争编写项目建议书和项目可行性报告 。3、加强高层次科技合作（1）加强与（已合作的）国家煤碳科学研究总院（煤化工分院） *的科技合作。（2）争取与中国科学院 *或中国工程研究院 *的院士及其团队开展科技合作。（3）争取与国家电力科研部门开展科技合作。（4）争取与国家环境保护科研部门开展科技合作。（5）争取与日本 *等发达国家的相关机构开展国际科技合作。12通过国内外高端科技合作，争取高端技术指导、支持，谋划高层次科研或产业化项目，提升项目科技水平和对外影响力。4、引进战略投资者在加强顶层设计、高端科技合作等的基础上，引进战略投资者，进行
23、长期性、多地点、多环节性战略合作。一是邀请战略投资者来峡（企业） 、并赴临汾的两个意向合作企业进行实地考察。二是邀请高端科技合作方、战略投资者、行业管理部门（煤碳、环保、电力等）进行项目评估论证。三是与战略投资者洽谈合作内容、合作方式、投融资额度等。5、加强高端研发与示范一是在北京（附近）建立研发机构，就近与在京科研院所、高等院校合作，充分利用中科院等研发机构的研发优势、人才优势和仪器优势，强化技术效果、提升技术价值、拓宽应用领域、加强推广力度。二是在北京（附近）的大中型火电厂，建设高端、多方科技合作的“煤、焦、气、热、电”联产利用工程示范基地（项目） ，为技术示范和推广应用创造区位优势和实力优势。三是力争多措并举，将本企业打造成为高新科技上市公司，从机制和实力上加强加快煤碳综合利用、节能减排等系列技术研发和全面推广应用，在大幅节能减排的同时，大幅增加经济效益和社会效益。6、加强高端推广一是争取将该项技术上升列入国家有关部委节能减排推广项目目录。二是力争将该项技术打造成为 IGCC 的替代技术，或电力等13燃煤行业节能减排的首选技术或首选（必选）配套技术。三是在北京示范基地，举办由（国家）科技、环保、工信、煤碳、电力、冶金等部门联合组织的全国性“煤、焦、气、热、电”联产技术推广应用会议，加强该项技术的引导推广力度。
