吳燕 董穎濤 徐靜
(1.陜西煤田地質(zhì)工程科技有限公司;2.陜西省煤田地質(zhì)集團(tuán)有限公司自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司)
目前,煤炭加工及相關(guān)技術(shù)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(jià)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(shù)路線,充分發(fā)揮煤炭企業(yè)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),煤礦開(kāi)發(fā)技術(shù)路線日益清晰。
煤炭資源綜合利用是指煤炭資源的物質(zhì)構(gòu)成、特性和功能,將煤炭資源從無(wú)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(chǎn)品的綜合功能和優(yōu)勢(shì)得到合理利用。煤炭資源綜合開(kāi)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(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)集約化、簡(jiǎn)單化發(fā)展,解決煤炭資源利用率低、環(huán)境污染和開(kāi)發(fā)效率低的問(wèn)題。要充分發(fā)揮煤炭資源的綜合效益,即經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)、環(huán)境效益目標(biāo)以及社會(huì)效益目標(biāo),根據(jù)煤炭資源性質(zhì)特點(diǎn)充分利用,從根本上改變煤炭資源開(kāi)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(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、煤炭企業(yè)轉(zhuǎn)型、降耗和利潤(rùn)最大化。
循環(huán)經(jīng)濟(jì)本質(zhì)上是一種生態(tài)經(jīng)濟(jì),必須用環(huán)境保護(hù)法來(lái)指導(dǎo)人類(lèi)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。循環(huán)經(jīng)濟(jì)堅(jiān)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(diǎn)。循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(dǎo),傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變“生產(chǎn)、消費(fèi)和浪費(fèi)”的發(fā)展模式,以最低的資源消耗與環(huán)境成本實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是21 世紀(jì)全球環(huán)境保護(hù)的重要途徑,是我國(guó)全面建成小康社會(huì),實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化的首要任務(wù)之一。自20 世紀(jì)90 年代以來(lái),可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展潮流。環(huán)境保護(hù)、清潔生產(chǎn)、綠色消費(fèi)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(jì)發(fā)展戰(zhàn)略。
在20 世紀(jì)70 年代,世界各國(guó)圍繞“生態(tài)危機(jī)”、“石油危機(jī)”展開(kāi)以“停止增長(zhǎng)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(jì)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容,世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究,《我們的共同未來(lái)》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??沙掷m(xù)發(fā)展不僅意味著經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源以及環(huán)境保護(hù)多個(gè)方面的和諧發(fā)展,它們是經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)、保護(hù)自然資源與生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展過(guò)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(nèi)容是發(fā)展,但它需要在嚴(yán)格控制人口增長(zhǎng)情況、提高人們綜合素質(zhì)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和持續(xù)利用資源的條件下,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展??沙掷m(xù)發(fā)展把發(fā)展和環(huán)境視為一個(gè)統(tǒng)一的整體,是協(xié)調(diào)統(tǒng)一的。
傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)出生產(chǎn)活動(dòng)模式是一個(gè)單獨(dú)的生產(chǎn)過(guò)程,即原材料獲取、產(chǎn)品生產(chǎn)、廢棄物排出等生產(chǎn)模式,這樣的生產(chǎn)模式應(yīng)轉(zhuǎn)換為綜合性更強(qiáng)、適用性更強(qiáng)的生產(chǎn)模式,稱(chēng)為產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。在產(chǎn)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(gè)過(guò)程的排放物被用作另一個(gè)過(guò)程中的原材料。在時(shí)間的轉(zhuǎn)換中,我們對(duì)工業(yè)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境概念的看法和理念趨于一致。產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可以說(shuō)是一個(gè)跨學(xué)科領(lǐng)域,主要研究產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)與整個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)整體之間的關(guān)系及其可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域?qū)<遗c學(xué)者針對(duì)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)提出以下科學(xué)觀點(diǎn)。首先,系統(tǒng)思想。產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的所有組成部分及其與生物圈的關(guān)系提供了系統(tǒng)化、全面化和綜合化分析視角,并使用“物質(zhì)流分析”和“生命周期分析”等系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)一步了解經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)之間存在的內(nèi)在聯(lián)系;其次,完整過(guò)程的概念。產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系到產(chǎn)品、過(guò)程以及服務(wù)在其整個(gè)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(zhǎng)期發(fā)展的理念。產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)比較側(cè)重于長(zhǎng)期環(huán)境適宜性,同時(shí)考慮到人類(lèi)和生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)久性發(fā)展利益,同時(shí)能夠更加深入了解人類(lèi)對(duì)基礎(chǔ)生命支持和再循環(huán)系統(tǒng)的影響,以及未來(lái)生產(chǎn)、資源使用和再循環(huán)技術(shù)可能對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響,而不僅僅是短期的局部干擾做出應(yīng)對(duì)。
(1)煤炭洗選。煤炭洗選技術(shù)實(shí)際上是以人工和機(jī)械設(shè)備等物理方式或化學(xué)手段從煤中去除矸石或其他雜質(zhì)的過(guò)程,大大提高煤炭質(zhì)量,達(dá)到清潔、高效的綜合性利用的目的,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)煤炭資源的清潔利用。
(2)型煤。所謂的煤炭型煤技術(shù),本質(zhì)上是把一種或多種煤與粘結(jié)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(xué)性質(zhì)的煤炭制品。型煤技術(shù)能夠有效減少煤炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物,以此來(lái)保護(hù)自然環(huán)境,同時(shí)能夠提升工業(yè)或民用燃煤的燃燒效率。在型煤技術(shù)生產(chǎn)期間,應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)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(guò)程中,可以根據(jù)不同的粘合劑,充分混合后的粉煤水分會(huì)在一定程度上降低;在破碎工藝過(guò)程中,混合煤通過(guò)破碎設(shè)備轉(zhuǎn)變成較小的粒度,一般會(huì)控制在3 毫米到6 毫米之間。在型煤混合工藝過(guò)程中,粘合劑經(jīng)攪拌機(jī)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(guò)添加蒸汽進(jìn)行煤粉加熱。到了成型工藝階段,用成型設(shè)備將與粘結(jié)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(jī)將型煤塑造成型,在達(dá)到強(qiáng)度要求之前,必須經(jīng)過(guò)后處理程序進(jìn)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(shù)是將多種不同類(lèi)型、不同質(zhì)量的煤混合在一起,生產(chǎn)出一種“新類(lèi)型”的煤炭。由于不同類(lèi)型的煤炭性質(zhì)存在差異,而配煤技術(shù)可以提高混合煤燃燒的利用率,減少?gòu)U棄污染物,使各種煤炭設(shè)備不再受到單一類(lèi)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(shù)的出現(xiàn)始于20 世紀(jì)70 年代。由于石油資源逐漸減少,導(dǎo)致全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到巨大的負(fù)面影響。全球各國(guó)都認(rèn)識(shí)到石油、天然氣等能源面臨枯竭問(wèn)題,因此再次強(qiáng)調(diào)煤炭資源的清潔利用技術(shù)。水煤漿技術(shù)作為目前最具性價(jià)比的煤炭清潔利用技術(shù),水煤漿是當(dāng)前一種新型的燃燒材料,可以做到利用煤炭來(lái)代替石油。與傳統(tǒng)燃煤技術(shù)相比,水煤漿技術(shù)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(chǎn)生的廢棄物中灰分與含硫雜質(zhì)比例低,燃燒利用率高,對(duì)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(chǎn)品燃燒。當(dāng)前,我國(guó)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(yīng)用和推廣前景。
(1)煤氣化。煤炭在燃燒過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生大量固體污染物,會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。煤氣化技術(shù)可以有效地把煤炭轉(zhuǎn)化為清潔能源,有效減少煤炭燃燒產(chǎn)生的廢棄物,降低大氣環(huán)境污染問(wèn)題,從而使煤炭的綜合利用效率有所提升。簡(jiǎn)而言之,煤氣化技術(shù)是將處理后的煤炭轉(zhuǎn)移到氣化爐等容器中施加一定溫度和壓力,以一定的流動(dòng)方式(固定床、流化床、氣流床)將其與空氣或氧氣、蒸汽進(jìn)行反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為氣體,以產(chǎn)生粗制的水煤氣。接下來(lái),把粗制的水煤氣通過(guò)脫硫脫碳等技術(shù)工藝進(jìn)行進(jìn)一步處理,從而獲得一氧化碳?xì)怏w。利用煤氣化技術(shù)產(chǎn)生合成氣體,能夠用于民用燃?xì)?、電廠發(fā)電、化工生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域。
(2)煤液化。煤液化技術(shù)能夠把煤炭轉(zhuǎn)化為液體燃料。從技術(shù)層面來(lái)說(shuō),煤液化技術(shù)主要包含直接液化與間接液化兩種技術(shù)工藝,其中直接液化生產(chǎn)工藝能夠把煤炭、氫氣以及催化劑進(jìn)行混合反應(yīng),經(jīng)過(guò)裂變將煤炭轉(zhuǎn)化為液體燃料;間接液化生產(chǎn)工藝能夠把煤炭作為生產(chǎn)原材料,把煤炭氣化并轉(zhuǎn)化為合成氣體,之后利用催化劑的反應(yīng)作用催化生成碳?xì)浠衔?、醇染料以及相關(guān)產(chǎn)物。兩種煤液化技術(shù)相比,煤炭直接液化技術(shù)操作要求比較高,但是直接液化生產(chǎn)出的煤炭產(chǎn)品相對(duì)均勻且單一化,生產(chǎn)成本高。煤炭液化技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)向高科技產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù),能夠減少煤炭燃燒帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題,并且能夠充分利用我國(guó)豐富的煤炭資源優(yōu)勢(shì),推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。此外,煤液化技術(shù)可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)汽油、柴油和航空油,生產(chǎn)成本低于進(jìn)口石油。
(1)煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)。煤層氣被稱(chēng)為煤礦瓦斯,主要儲(chǔ)存與地下煤層之間,主要由甲烷構(gòu)成。甲烷通常附著于煤炭基質(zhì)粒狀物表面上,是作為煤炭資源的半生礦產(chǎn)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(guó)寶貴的能源儲(chǔ)備,煤層氣燃燒后產(chǎn)生的熱量是普通煤的2 到5 倍,并且煤層氣在使用過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生廢棄污染物,這是一種高品質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn)燃料以及民用生活燃料。煤層氣的開(kāi)采一般有地面鉆井開(kāi)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(shù)。當(dāng)前我國(guó)最多的工業(yè)廢物是煤矸石,煤矸石綜合利用技術(shù)是現(xiàn)階段我國(guó)一項(xiàng)長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)政策。煤矸石長(zhǎng)期堆放造成土地資源的損失,而且容易導(dǎo)致自燃事故、空氣污染以及水環(huán)境污染等問(wèn)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(lǐng)域、回填等無(wú)公害處理方面的利用作為發(fā)展重點(diǎn)。然而,我國(guó)煤矸石再利用技術(shù)水平和機(jī)械設(shè)施相對(duì)比較落后,煤矸石二次開(kāi)發(fā)利用在技術(shù)要求方面高,導(dǎo)致煤矸石綜合利用效率比較低。在技術(shù)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(jì)價(jià)值,提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益,促進(jìn)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
目前,社會(huì)各界對(duì)于環(huán)境保護(hù)重要性的認(rèn)識(shí)日益增強(qiáng),我國(guó)政府方面也在不斷加快制定相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)政策。我國(guó)環(huán)境保護(hù)政策在制定過(guò)程中將“低碳”一詞作為重點(diǎn),這無(wú)疑是煤炭行業(yè)發(fā)展的一大障礙。鑒于此,制定相應(yīng)的煤炭發(fā)展政策將直觀關(guān)系到煤炭行業(yè)的發(fā)展。進(jìn)一步加強(qiáng)煤炭政策管理,加強(qiáng)煤炭?jī)r(jià)格體系調(diào)整的主要目的是防止大規(guī)模煤炭資源開(kāi)采行為。在調(diào)整煤炭?jī)r(jià)格體系時(shí),我們應(yīng)始終遵循相關(guān)的價(jià)值規(guī)范,并以煤炭?jī)r(jià)格的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為基點(diǎn)。煤炭產(chǎn)品的價(jià)格可以分為兩大點(diǎn):一方面是煤礦的生產(chǎn)成本和相關(guān)企業(yè)的合法利潤(rùn),應(yīng)為企業(yè)所有;另一方面是煤炭資源經(jīng)濟(jì)附加值,應(yīng)為國(guó)家和整個(gè)社會(huì)所有。在對(duì)煤炭?jī)r(jià)格體系進(jìn)行科學(xué)調(diào)整后,煤炭資源增值部分可分為兩部分:大部分為國(guó)有,其余為企業(yè)所有,這樣的方式能夠徹底解決煤炭生產(chǎn)和加工過(guò)程中資源耗損利益驅(qū)動(dòng)。
通過(guò)環(huán)境保護(hù)政策指導(dǎo),“低碳”已成為煤炭行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵推動(dòng)力。為了能夠減少煤炭應(yīng)用產(chǎn)生的二氧化碳排放量,煤礦生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)注意積極轉(zhuǎn)變觀念,樹(shù)立科學(xué)的煤炭深加工利用的思想和理念。以中國(guó)煤炭資源豐富的山西省來(lái)說(shuō),煤炭資源年出口量有1.5 億噸。同時(shí),在煤炭資源轉(zhuǎn)移的情況下,煤炭產(chǎn)品類(lèi)型比較單一,內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相似,缺少更加完善的煤炭產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)模式。有鑒于此,地方政府有關(guān)部門(mén)和煤炭生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)注意思想觀念的轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)正確的生態(tài)環(huán)保意識(shí)和資源開(kāi)發(fā)利用意識(shí),以科學(xué)的角度來(lái)進(jìn)行煤炭資源利用,從而改變煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。
在煤炭深加工和綜合利用過(guò)程中,科技手段利用不足,造成這一問(wèn)題的主要原因是我國(guó)政府在煤炭行業(yè)發(fā)展方面的投資相對(duì)較少,而煤炭生產(chǎn)企業(yè)仍然不是科技投入的主體。對(duì)于煤炭行業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō),煤炭企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)所占比例不高??茖W(xué)技術(shù)作為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的第一生產(chǎn)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(dòng)及煤炭開(kāi)發(fā)利用的效率和質(zhì)量,必須取得國(guó)家和企業(yè)資金以及技術(shù)的支持。只有這兩個(gè)因素的有機(jī)結(jié)合,才能促進(jìn)煤炭科研事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,保持我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的穩(wěn)定增長(zhǎng),充分利用有限的煤炭資源。
當(dāng)前,社會(huì)呈現(xiàn)出現(xiàn)代化的趨勢(shì),經(jīng)濟(jì)發(fā)展達(dá)到了高潮。在煤炭資源深加工利用中,要注意及時(shí)抓住機(jī)遇,促進(jìn)煤炭行業(yè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。具體來(lái)說(shuō),在煤炭企業(yè)的運(yùn)營(yíng)發(fā)展的同時(shí),要注重科學(xué)創(chuàng)新和深加工利用技術(shù)的開(kāi)發(fā),嚴(yán)格依法辦事,積極創(chuàng)建示范企業(yè),科學(xué)經(jīng)濟(jì)地利用煤炭資源,以開(kāi)創(chuàng)其深加工利用的新局面。
煤炭作為一項(xiàng)重要能源和礦產(chǎn)資源,我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)70%以上能源都是依靠煤炭資源來(lái)支撐。從煤炭資源的整體利用出發(fā),優(yōu)化選礦項(xiàng)目和相關(guān)技術(shù)的資源利用,實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化、煤炭資源利用最大化也是當(dāng)前我國(guó)煤炭行業(yè)面臨的新形勢(shì)和新任務(wù)。根據(jù)我國(guó)煤炭資源特點(diǎn)和政府相關(guān)政策,借鑒國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn),以科技手段來(lái)解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,全面發(fā)展煤炭資源深加工技術(shù),提升煤炭廢棄物綜合利用效率。通過(guò)全面完善煤炭產(chǎn)業(yè)政策,調(diào)節(jié)價(jià)格體系,積極轉(zhuǎn)變觀念意識(shí),增強(qiáng)深加工及利用思想,加大科技投入,促進(jìn)煤炭加工科研事業(yè)發(fā)展,全面開(kāi)展煤炭深加工及利用的新興局面。從多方面入手來(lái)優(yōu)化煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,充分利用煤炭資源,注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)的同時(shí),提升資源循環(huán)利用率,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。