今年冬天，太原城中村及周邊農(nóng)村居民都在使用這種新型清潔燃料，11萬臺(tái)農(nóng)村小型鍋爐用它代替了燒原煤。
劣質(zhì)煤煉成“綠色”炭
由太原理工大學(xué)自主研發(fā)的這種新型清潔燃料，學(xué)名為煤基潔凈燃料，俗稱“綠炭”。通過引入催化助劑，把低價(jià)劣質(zhì)的原煤制成燃點(diǎn)低、污染小、燃燒充分的潔凈焦炭。煉制過程中的副產(chǎn)品焦?fàn)t煤氣還可生產(chǎn)甲醇、甲烷等化工原料。
“焦?fàn)t煤氣是煉焦過程的副產(chǎn)物，為了將其完全加工成甲醇、甲烷等化工產(chǎn)品，必須采用專門的煤氣化方式補(bǔ)碳調(diào)節(jié)碳?xì)浔取?/span>”太原理工大學(xué)教授杜文廣說，于是他就是突發(fā)奇想，能不能直接把含碳物質(zhì)加入煉焦原料中，提高碳含量。基于此，杜文廣所帶領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)便立項(xiàng)，開始做實(shí)驗(yàn)，把一些含有碳酸鹽、碳酸鈣的石頭加入煉焦?fàn)t，調(diào)節(jié)焦?fàn)t煤氣的碳?xì)浔龋Y(jié)果正如預(yù)期。既能自主補(bǔ)碳，還能高效固硫，但成品炭中的灰分卻增加了。這樣的炭不能用作煉鋼，如果作為民用燃料倒不錯(cuò)。但問題來了，焦炭的燃點(diǎn)比較高，普通家用爐子根本點(diǎn)不著，只有降低燃點(diǎn)才適合做民用燃料。
針對一系列難題，杜文廣及其團(tuán)隊(duì)結(jié)合多年從事煤炭潔凈利用方面的研究經(jīng)驗(yàn)，尤其是在煤高溫干餾、焦?fàn)t煤氣制天然氣等方面的研究積累，組建了以從事煤潔凈轉(zhuǎn)化相關(guān)研究的劉守軍副教授為技術(shù)總監(jiān)，以多年從事焦化生產(chǎn)管理的閆旭東為副總經(jīng)理，以從事煤轉(zhuǎn)化過程中硫污染物的遷移規(guī)律、煤氣高溫凈化等方面研究的上官炬教授為核心的團(tuán)隊(duì)，提出以“高效固硫、自主補(bǔ)碳、催化助燃”為主的三大核心技術(shù)，研發(fā)傳統(tǒng)焦?fàn)t對劣質(zhì)煤炭的高效、潔凈化利用。
從2013年開始，杜文廣帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近千次實(shí)驗(yàn)室研究，終于研發(fā)成功煤基潔凈燃料技術(shù)。2014年5月份開始中試，經(jīng)過300余次的試驗(yàn)，掌握了小試成果的放大技術(shù)；2014年9月底，在河津市山西發(fā)鑫集團(tuán)焦化廠4.3米工業(yè)搗鼓焦?fàn)t上，完成單孔放大，生產(chǎn)潔凈燃料80余噸，為工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
停產(chǎn)焦?fàn)t轉(zhuǎn)產(chǎn)“綠炭”
“搞科研的人首先是把錢變成紙，形成論文、書、專利等，但更重要的是再把紙變成錢。”太原理工大學(xué)教授苗茂謙是山西煤炭資源清潔高效利用協(xié)同創(chuàng)新中心課題組負(fù)責(zé)人，在煤基潔凈燃料課題研發(fā)中提供技術(shù)指導(dǎo)。他說：“我們不僅把錢變成紙，也實(shí)現(xiàn)了把紙變成錢。”
2014年，煤基潔凈燃料陸續(xù)獲得18項(xiàng)國家發(fā)明專利，其三大核心技術(shù)包括：利用高硫、高揮發(fā)劣質(zhì)煤輔以固硫組分生產(chǎn)出低污染物排放的潔凈燃料，1050℃燃燒固硫率高達(dá)99%；在焦?fàn)t高溫環(huán)境條件下，實(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t煤氣碳?xì)淠柋鹊淖灾髡{(diào)節(jié)，降低了生產(chǎn)天然氣、甲醇等化工產(chǎn)品的補(bǔ)碳成本，且可提高噸焦化產(chǎn)品產(chǎn)量；借助助燃催化劑，改善了低揮發(fā)高溫焦的可燃性能，得以實(shí)用。
今年9月，山西焦煤集團(tuán)五麟煤焦開發(fā)有限公司與太原理工大學(xué)合作，生產(chǎn)煤基潔凈燃料，大型煉焦車間又恢復(fù)了往日的活力，機(jī)器設(shè)備全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。該公司總工程師楊雙新對這種新型燃料非常認(rèn)可，“經(jīng)過小焦?fàn)t試驗(yàn)、單孔試生產(chǎn)、批量生產(chǎn)，最終產(chǎn)品結(jié)果達(dá)到環(huán)保指標(biāo)要求，其中主要的是二氧化硫排放量減少了60%以上，粉塵排放量減少了96%以上。”
山西東輝煤焦化集團(tuán)有限公司位于五麟公司附近，有四座焦?fàn)t設(shè)備，由于產(chǎn)能過剩，其中兩座焦?fàn)t設(shè)備早已停止運(yùn)轉(zhuǎn)，另外兩座焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間延長4倍，勉強(qiáng)維持生產(chǎn)。“焦化行業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，盈利能力變差，這是山西焦化企業(yè)的一個(gè)縮影。”東輝焦化廠負(fù)責(zé)人李向波說，今年11月，該公司和五麟公司合作，加入生產(chǎn)“綠炭”行列，兩座焦?fàn)t得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
杜文廣介紹，傳統(tǒng)焦?fàn)t生產(chǎn)“綠炭”，設(shè)備并不需要進(jìn)行太大改進(jìn)，硬件投資很小。與其他煤化工項(xiàng)目相比，“綠炭”生產(chǎn)具有節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約投資，資源綜合利用效率高，投入產(chǎn)出比大等優(yōu)點(diǎn)。如果該技術(shù)大規(guī)模推廣，對我省煤焦經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展，盤活我省舉步維艱的焦化產(chǎn)業(yè)存量資產(chǎn)均具有重大意義，還可將我省虧損嚴(yán)重的焦化企業(yè)打造成全國最大的煤基潔凈燃料生產(chǎn)基地。
高效清潔的民用燃料
“我們生產(chǎn)的煤基潔凈燃料產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成品率達(dá)到85%以上，易燃，固硫率達(dá)到96%以上，不冒黑煙，污染物排放完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)。”劉守軍說。
2014年，“綠炭”分別在太原市政公司工業(yè)型煤鍋爐以及柴村、大東流、董茹村等多種類型民用鍋爐上進(jìn)行了試燒。期間，太原市監(jiān)測站投入大量人力、物力進(jìn)行監(jiān)測。結(jié)果表明：“綠炭”在燃燒過程中無黑煙、無異味、熱值高，多環(huán)芳烴及重金屬等污染物幾乎沒有。“這種炭易點(diǎn)火，燃燒過程穩(wěn)定、持久，不結(jié)渣，可正常悶爐。”聽到居民對“綠炭”的認(rèn)可，劉守軍對自己的研發(fā)成果信心十足。
“如果‘綠炭’替代目前小城鎮(zhèn)與農(nóng)村大量燃用的”三高一低“（高硫、高揮發(fā)分、高灰分、低發(fā)熱量）原煤后，污染物排放總量將大大降低。”杜文廣說，在硫減排方面，入爐煤中60%—70%硫轉(zhuǎn)入碳基潔凈燃料，燃燒時(shí)經(jīng)過固硫焦炭中85%以上的硫進(jìn)入灰分，與直接燃燒原煤相比，硫減排高達(dá)70%以上，粉塵減排96%，多環(huán)芳烴減排達(dá)90%以上。
“該技術(shù)是以劣質(zhì)煤為主要原料，輔以脫硫—增碳—助燃劑經(jīng)混合、搗固、高溫干餾得到碳基潔凈燃料。”苗茂謙說，我們一直在研究煤炭資源清潔高效利用，該技術(shù)正好為我們找到一個(gè)突破口。山西省賦存數(shù)量巨大的高硫、高灰、高揮發(fā)分劣質(zhì)煤炭，如果將大量劣質(zhì)煤資源轉(zhuǎn)化為環(huán)保、安全的煤基潔凈燃料，替代現(xiàn)有民用散燒原煤，能降低煙、塵、硫氧化物、氮氧化物、多環(huán)芳烴等污染物排放，可極大提高大氣環(huán)境質(zhì)量，改善霧霾天氣。