中國煤炭科工：發力煤炭清潔高效利用，讓“烏金”變“綠能”

  作為國家能源集團神東煤炭公司推進黃河流域生態保護和高質量發展的示范樣板、重點環保工程，截至5月16日，補連塔區域礦井水提標治理項目已累計處理水量超過100萬立方米，硫酸鈉出鹽超過2000噸，氯化鈉出鹽超過200噸，進一步保護了烏蘭木倫河的清清綠水。

  由中國煤炭科工集團杭州研究院設計的該項目，是神東煤炭公司首個投運的礦井水零排放處理工程，設計礦井水零排放處理能力為3萬立方米/天，可滿足補連塔煤礦、上灣煤礦未來10年的生產要求。而這只是中國煤炭科工推進煤炭清潔高效利用的冰山一角。

  “雙碳”目標下，能源結構調整勢在必行。作為全球唯一全產業鏈綜合性煤炭科技創新型企業，中國煤炭科工如何應對?他們將煤炭清潔利用作為創新發展的主攻方向。

  “黑水”變“清水白鹽”

  依托30多年不斷積累創新的煤礦礦井水處理技術和工程經驗，中國煤炭科工杭州研究院攻關高鹽礦井水“零排放”處理技術。他們針對補連塔區域礦井水來源復雜、水質變化大、處理要求高的難題，采用自主開發的“適度分步協同預處理+多級耦合膜濃縮+多組分分鹽結晶”等技術，極大的緩解了補連塔區域的環保壓力。

  山東能源淄礦集團正通煤礦的4000噸/小時礦井水處理工程是我國單井規模最大的礦井水凈化處理工程。根據該礦排水量大、懸浮物含量高的特點，杭州研究院研發并設計了預沉與分級處理工藝，解決了懸浮物含量2000毫克/升以上的礦井水凈化處理難題，出水濁度≤10NTU，礦井水變得清澈起來。

  在杭州研究院設計的礦井水處理工程的加持下，中煤能源集團、淮河能源集團、淮北礦業集團、皖北煤電集團、龍煤集團、冀中能源集團等大型煤炭企業實現了“黑水變清水，污染變資源”。

  除了讓“黑水”變“清水”，在杭州研究院的不懈努力下，煤礦還可以生產雪白晶瑩的鹽。依托杭州研究院研發的“適度分步協同預處理+多級耦合膜濃縮技術+MED冷凍分鹽結晶”工藝，內蒙古伊泰廣聯煤化有限責任公司紅慶河煤礦的高鹽礦井水經處理變成生產和生活用水的同時，還分離出硫酸鈉和氯化鈉等化工原料。紅慶河煤礦也成為煤炭行業首家實現礦井水“零排放”和結晶分鹽的煤礦。

  深耕煤層氣抽采利用技術

  煤層氣的主要成分是甲烷，開發利用煤層氣對增加潔凈能源供應，減少井下瓦斯災害，推動能源供給革命具有重要意義。踐行“雙碳”目標,抓技術創新是題中應有之義。近年來,中國煤炭科工不斷深耕煤層氣抽采利用技術，助力碳減排。

  中國煤炭科工西安研究院探索并完善了碎軟低滲煤層頂板水平井分段壓裂地面瓦斯抽采技術和碎軟低滲煤層非固井套管完井煤層水平井分段壓裂地面煤層氣抽采技術，形成了高效可靠的煤層氣鉆井工藝技術、儲層改造技術和精細化排采技術，探索形成了適合不同地區地質及儲層條件的煤層氣開發技術。

  針對煤礦井下區域瓦斯高效抽采和提濃利用需求，西安研究院研發出適合井下煤(巖)層鉆孔裸眼坐封的水力壓裂工具串，以及低壓端水力加砂壓裂成套裝備和基于壓力平衡的高壓端加砂設備。目前，相關成果已在山西、陜西、貴州、河南、安徽等地煤礦區推廣應用，鉆孔平均瓦斯抽采濃度達到40%以上，瓦斯抽采濃度和抽采量顯著提高。

  為實現低濃度煤層氣的高效利用，中國煤炭科工重慶研究院研發了低濃度煤層氣發電提效技術，并在山西蘭能煤層氣開發有限公司所屬小西電站成功應用，發電效率提高了15%，開機率提高了24%。此外，重慶研究院還研發了低濃度煤層氣蓄熱氧化高效利用技術，并在華陽集團一礦楊坡堰風井工業廣場建成煤層氣蓄熱氧化利用項目。據了解，該項目能耗指標較國內外同類產品降低10%，年利用低濃度煤層氣691萬立方米，華陽集團一礦低濃度煤層氣的利用率從0提升至26%。

  多點發力破解“卡脖子”難題

  煤炭清潔高效利用，離不開先進技術的支撐。中國煤炭科工在煤基新材料、水煤漿、煤氣化等領域多點發力，破解了一系列的技術難題。

  PEN學名“聚萘二甲酸乙二醇酯”，是一種性能優良的特種聚酯。由于合成PEN的關鍵單體2.6—萘二甲酸生產技術被國外公司長期壟斷，PEN成為我國“卡脖子”的材料。煤炭科學技術研究院有限公司通過產學研合作的方式，成功研發出煤基2.6—萘二甲酸連續制備技術，制備出的2.6—萘二甲酸樣品經下游企業應用驗證，各項指標均達到進口產品水平，有效填補了該技術在國內的空白。

  水煤漿可作為代油代煤的清潔燃料，也可作為氣化使用的原料。近年來，各生產企業逐漸使用變質程度較低的低階煤制備氣化水煤漿。由于低階煤普遍存在內水含量高、可磨性差的情況，使用單棒磨機制漿技術制備的水煤漿濃度偏低，流態及穩定性較差，不利于提高氣化爐效率，成為限制水煤漿產業發展的主要技術瓶頸。

  科工節能國家水煤漿工程技術研究中心自主研發的分級研磨制漿技術，可在單棒磨機制漿技術的基礎上將煤漿濃度提高2個至4個百分點。以該中心榆林凱越項目為例，采用該技術后水煤漿濃度平均提高4個百分點，最高濃度達66.7%。

  目前，煤化工行業存在煤漿濃度低影響氣化效率、煤化工污泥難處理且成本高、中濃度管輸煤漿直接氣化效率低等亟待解決的難題。中煤科工清潔能源股份有限公司研發出的氣化煤漿粒控提濃系列工藝與關鍵裝備，可有效解決氣化煤漿濃度低導致的氣化效率低的問題，解決了化工污泥難處理、處置成本高的行業痛點，解決了管輸煤漿終端產品高值利用問題，為煤炭低成本、全封閉綠色管道輸送提供了技術支撐。