中国煤炭科工：发力煤炭清洁高效利用，让“乌金”变“绿能”

  作为国家能源集团神东煤炭公司推进黄河流域生态保护和高质量发展的示范样板、重点环保工程，截至5月16日，补连塔区域矿井水提标治理项目已累计处理水量超过100万立方米，硫酸钠出盐超过2000吨，氯化钠出盐超过200吨，进一步保护了乌兰木伦河的清清绿水。

  由中国煤炭科工集团杭州研究院设计的该项目，是神东煤炭公司首个投运的矿井水零排放处理工程，设计矿井水零排放处理能力为3万立方米/天，可满足补连塔煤矿、上湾煤矿未来10年的生产要求。而这只是中国煤炭科工推进煤炭清洁高效利用的冰山一角。

  “双碳”目标下，能源结构调整势在必行。作为全球唯一全产业链综合性煤炭科技创新型企业，中国煤炭科工如何应对?他们将煤炭清洁利用作为创新发展的主攻方向。

  “黑水”变“清水白盐”

  依托30多年不断积累创新的煤矿矿井水处理技术和工程经验，中国煤炭科工杭州研究院攻关高盐矿井水“零排放”处理技术。他们针对补连塔区域矿井水来源复杂、水质变化大、处理要求高的难题，采用自主开发的“适度分步协同预处理+多级耦合膜浓缩+多组分分盐结晶”等技术，极大的缓解了补连塔区域的环保压力。

  山东能源淄矿集团正通煤矿的4000吨/小时矿井水处理工程是我国单井规模最大的矿井水净化处理工程。根据该矿排水量大、悬浮物含量高的特点，杭州研究院研发并设计了预沉与分级处理工艺，解决了悬浮物含量2000毫克/升以上的矿井水净化处理难题，出水浊度≤10NTU，矿井水变得清澈起来。

  在杭州研究院设计的矿井水处理工程的加持下，中煤能源集团、淮河能源集团、淮北矿业集团、皖北煤电集团、龙煤集团、冀中能源集团等大型煤炭企业实现了“黑水变清水，污染变资源”。

  除了让“黑水”变“清水”，在杭州研究院的不懈努力下，煤矿还可以生产雪白晶莹的盐。依托杭州研究院研发的“适度分步协同预处理+多级耦合膜浓缩技术+MED冷冻分盐结晶”工艺，内蒙古伊泰广联煤化有限责任公司红庆河煤矿的高盐矿井水经处理变成生产和生活用水的同时，还分离出硫酸钠和氯化钠等化工原料。红庆河煤矿也成为煤炭行业首家实现矿井水“零排放”和结晶分盐的煤矿。

  深耕煤层气抽采利用技术

  煤层气的主要成分是甲烷，开发利用煤层气对增加洁净能源供应，减少井下瓦斯灾害，推动能源供给革命具有重要意义。践行“双碳”目标,抓技术创新是题中应有之义。近年来,中国煤炭科工不断深耕煤层气抽采利用技术，助力碳减排。

  中国煤炭科工西安研究院探索并完善了碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂地面瓦斯抽采技术和碎软低渗煤层非固井套管完井煤层水平井分段压裂地面煤层气抽采技术，形成了高效可靠的煤层气钻井工艺技术、储层改造技术和精细化排采技术，探索形成了适合不同地区地质及储层条件的煤层气开发技术。

  针对煤矿井下区域瓦斯高效抽采和提浓利用需求，西安研究院研发出适合井下煤(岩)层钻孔裸眼坐封的水力压裂工具串，以及低压端水力加砂压裂成套装备和基于压力平衡的高压端加砂设备。目前，相关成果已在山西、陕西、贵州、河南、安徽等地煤矿区推广应用，钻孔平均瓦斯抽采浓度达到40%以上，瓦斯抽采浓度和抽采量显著提高。

  为实现低浓度煤层气的高效利用，中国煤炭科工重庆研究院研发了低浓度煤层气发电提效技术，并在山西兰能煤层气开发有限公司所属小西电站成功应用，发电效率提高了15%，开机率提高了24%。此外，重庆研究院还研发了低浓度煤层气蓄热氧化高效利用技术，并在华阳集团一矿杨坡堰风井工业广场建成煤层气蓄热氧化利用项目。据了解，该项目能耗指标较国内外同类产品降低10%，年利用低浓度煤层气691万立方米，华阳集团一矿低浓度煤层气的利用率从0提升至26%。

  多点发力破解“卡脖子”难题

  煤炭清洁高效利用，离不开先进技术的支撑。中国煤炭科工在煤基新材料、水煤浆、煤气化等领域多点发力，破解了一系列的技术难题。

  PEN学名“聚萘二甲酸乙二醇酯”，是一种性能优良的特种聚酯。由于合成PEN的关键单体2.6—萘二甲酸生产技术被国外公司长期垄断，PEN成为我国“卡脖子”的材料。煤炭科学技术研究院有限公司通过产学研合作的方式，成功研发出煤基2.6—萘二甲酸连续制备技术，制备出的2.6—萘二甲酸样品经下游企业应用验证，各项指标均达到进口产品水平，有效填补了该技术在国内的空白。

  水煤浆可作为代油代煤的清洁燃料，也可作为气化使用的原料。近年来，各生产企业逐渐使用变质程度较低的低阶煤制备气化水煤浆。由于低阶煤普遍存在内水含量高、可磨性差的情况，使用单棒磨机制浆技术制备的水煤浆浓度偏低，流态及稳定性较差，不利于提高气化炉效率，成为限制水煤浆产业发展的主要技术瓶颈。

  科工节能国家水煤浆工程技术研究中心自主研发的分级研磨制浆技术，可在单棒磨机制浆技术的基础上将煤浆浓度提高2个至4个百分点。以该中心榆林凯越项目为例，采用该技术后水煤浆浓度平均提高4个百分点，最高浓度达66.7%。

  目前，煤化工行业存在煤浆浓度低影响气化效率、煤化工污泥难处理且成本高、中浓度管输煤浆直接气化效率低等亟待解决的难题。中煤科工清洁能源股份有限公司研发出的气化煤浆粒控提浓系列工艺与关键装备，可有效解决气化煤浆浓度低导致的气化效率低的问题，解决了化工污泥难处理、处置成本高的行业痛点，解决了管输煤浆终端产品高值利用问题，为煤炭低成本、全封闭绿色管道输送提供了技术支撑。