1 引言
经济的快速增长,中国的化石能源使用量逐年提升,煤炭作为一种重要的化石能源,在中国经济的发展中具有关键地位,被广泛应用于电力、钢铁、水泥、化工、交通运输。其中,火力发电和冶金行业,是煤炭最主要使用渠道。
在我国,煤炭行业产生的碳排放占全部化石能源碳排放的60%,显著高于世界其他国家;且煤炭的开采和使用,对相关资源型城市也会造成严重的环境破坏,并降低该地区的经济发展速度,因此,在绿色发展理念和“双碳”目标下,我国对生态环境的保护和资源型经济的可持续发展有了新的要求,有关行业亟需向低能耗、高技术转型[1-4].
2 我国煤炭行业现状
2. 1 煤炭经济转型
我国在实现低碳目标上已进行多年探索。
在国家层面,煤炭资源税和碳排放定额等措施,显著约束了煤炭企业的碳排量;新能源发电、新能源产业补贴等政策,助力能源行业转型升级。
各地进行了卓有成效的探索。合肥市通过建立新能源产业集群结构,助力技术升级,既减少了碳排放,又促进了地方就业,实现经济快速发展;
苏州市通过绿色生态试点等方案,提高了能源利用率;内蒙古通过约束传统行业碳排放,逐步退出燃煤发电,并不断挖掘可再生能源应用潜力,有效减少了煤炭使用[6-8].
■煤炭57% ■石油19% ■天然气 9%一次电力和其他非化石能源15%。
我国能源消费结构如上。
我国化石能源的分布为富煤贫油少气,该格局决定了煤炭是我国的主要能源资源。煤炭在我国能源消费结构中居主导地位。虽然我国煤炭资源丰富,但是优质炼焦煤资源却十分紧缺,对进口炼焦煤依赖性大,在面临行业竞争时抗风险能力偏低,亟需进行转型。
当前,我国实现煤炭资源型经济转型的措施主要有两种:煤炭行业去产能、能源技术创新。
煤炭行业去产能,要求减少煤炭开采和煤炭使用。
由于我国是世界钢铁生产第一大国,对煤炭的需求量大,在去产能的背景下,国内炼焦煤资源不足以满足需求,故煤焦化行业正在面临新一轮的技术升级压力。
2. 2 焦化产业升级
在国内炼焦煤资源供应不足的情况下,焦化行业开始积极探索使用进口炼焦煤,同时,受新冠疫情影响,全球供应链中断明显,各行业均意识到单一的原材料来源地不足以保证供应链稳定,煤焦化行业亦然。
通过技术升级,扩大原料来源,优化资源调控,以保障生产,是各焦化厂急需解决的问题。
部分焦化企业通过引入进口炼焦煤,以解决国内炼焦煤资源匮乏问题。俄罗斯是我国的陆上邻国,铁路运输发达,拥有丰富的煤炭资源,是理想的煤炭资源进口来源地;其炼焦煤储量高、价格低廉,具有低灰分、低硫含量的优势,参与配煤炼焦可以降低污染物排放1。
美国正处于从碳密集型能源向低碳替代能源转型的阶段,传统能源行业煤炭消耗量减少,但煤炭开采量不降反增;
加拿大寻求通过逐步关停煤电减少碳排放,将显著减少煤炭使用,故在过渡时期,美国和加拿大的煤炭开采行业需要通过产品出口来缓解经济压力。
蒙古国的煤矿99%为露天煤矿,开采难度低、产量高,且该国正在通过煤炭驱动经济增长,可以长期稳定地供应炼焦煤[14].
通过引入进口炼焦煤参与配煤炼焦,虽然可以帮助煤焦化企业有效应对产业升级的挑战,并降低企业生产成本,但并不能够解决受地缘政治影响,各国政策调整等产生的供应链变化情况中可能出现的生产问题。
2. 3 城市固废资源化利用
城市固体废弃物成分组成复杂,但其中主要的不可降解物质为废塑料等石油化工制品。随着城市化进程加深,废塑料产生量日益增加,但我国对城市固废的回收利用率较发达国家明显偏低,因此实现废塑料的高效清洁及资源化利用越来越引起关注[15].
城市固废的处理措施有多种,但是在实际应用时,其资源化利用仍受到工业条件限制。利用既有的工业设施,对城市固废进行资源化利用,可有效节约创新成本和生产成本。目前,城市固废的工业处理措施包括气化、燃烧发电等,参与煤焦化的研究已有大量报道,但由于其对焦炭质量的影响机理目前尚不得知,在实际生产中鲜有使用。
2. 4 非炼焦煤资源利用
通过向炼焦煤中添加非煤系原料,置换一定量的优质炼焦煤,可扩大炼焦配煤资源使用,节约生产成本。在工业生产中,非煤系添加剂主要包括粘结剂和瘦化剂两类。
对于配煤结构中存在较多低流动度的弱粘结性煤,配入粘结剂可起到改善焦炭机械强度和焦炭反应性的效果;反之,配煤结构中存在较多高流动度的高挥发分煤,配入瘦化剂可起到增大焦炭块度、提高焦炭机械强度、改善焦炭气孔结构的作用。在配煤炼焦工业生产中,常用的粘结剂主要分为沥青类和焦油类两类,包括煤焦油粘结剂、煤焦油沥青粘结剂、石油沥青粘结剂、煤及石油沥青混合粘结剂:常用的配煤瘦化剂主要包含焦粉、无烟煤等含碳惰性物质。
由于我国优质炼焦煤资源紧缺,而废塑料的碳氢原子比较低,在煤与废塑料进行共热解时可起到类似粘结剂的作用,因此,探索废塑料与煤共热解特性在理论上具有可行性。
(OK,新整理的综述论文,作外行了解行业背景用)。