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环保优质洁净的“榆林煤”

  榆林市位于陕西省最北部,东临黄河与山西相望,西连宁夏、甘肃,北邻内蒙,南接本省延安市,辖1区11县,总土地面积43578平方公里。上世纪80年代初,国家开始对榆林进行大规模的勘探,拉开了榆林煤炭资源开发的序幕。1991年以来,国家陆续批准了神府东胜矿区、榆神矿区一期和二期、神府矿区新民开采区、府谷矿区、神府矿区南区、榆横矿区北区和南区、吴堡矿区和庙哈孤矿区等重点矿区的总体规划。目前,全市共有各类煤矿269处,2013年生产煤炭3.39亿吨,实现工业总产值1337亿吨,占全市工业总产值的41%。
  
  经过30多年的发展,依托丰富的煤炭资源,全市已建成神东和陕北两个亿吨级煤炭生产基地,国内最大的甲醇生产基地,国内最大的兰炭生产基地,国内最大的火电基地,榆林已成为国家“西煤东运”的源头、“西电东送”的枢纽、“西气东输”的腹地,是21世纪中国重要的能源接续地。
  
  煤炭资源
  
  榆林矿产资源富集,被誉为中国的“科威特”,全市已发现8大类48种矿产资源,尤其是煤、气、油、盐等能源矿产富集一地,组合配置好,为国内外所罕见,其中煤炭是当前榆林能源化工基地建设中实现转化利用的主要资源。目前,全市煤炭资源预测储量2714亿吨,探明储量1490亿吨,在全市范围内分布有三种不同地质历史时期形成的煤田。
  
  1、侏罗纪煤田。探明储量1370亿吨,主要分布于榆阳、神木、府谷、横山、定边、靖边等北部6县区,呈东北--西南方向展布,与内蒙古东胜煤田连为一体,储量占全市已探明煤炭资源总量的95%左右。
  
  2、石炭二叠纪煤田。探明储量116亿吨,在全市范围内均有分布,但在东部府谷县境内才有出露,主要位于府谷、吴堡两县,其中吴堡煤炭资源是我省稀缺的主焦煤和肥煤。
  
  3、三叠纪煤田。储量约4亿多吨,在全市只有少量分布,主要位于子洲、米脂、横山、佳县等地。
  
  煤质指标
  
  煤质既指煤的质量,又包含煤的性质。能表征煤炭质量最基本的指标有:水分、灰分、挥发分、硫分和发热量等。“榆林煤”以其特低灰(7-9%)、特低硫(小于0.8%)、特低磷(0.006-0.035%)、中高发热量(6800-8200大卡/千克)而著称,也就是常说的“三低一高”为标志,是优质的化工、动力及民用煤。主要煤质指标如下:
  
  1、水分(Mad)
  
  水分,是煤中的非可燃成分,水分的存在一方面可以加速煤的氧化和自燃,同时也会降低煤的发热量。榆横矿区、榆神矿区、榆神矿区预留区的水分含量低,皆小于6%,属特低全水分煤;其次为榆神府区,靖定区最高,为6.14~10.32%。
  
  2、灰分(Ad)
  
  灰分,是煤中矿物质燃烧后的残留物,灰分的存在不仅影响煤的发热量,而且燃烧后会造成大气污染。灰分越高,表征煤的质量越差。“榆林煤”各煤层灰分产率大部分小于10%,属特低灰煤,但也有相当数量煤层的灰分产率更低,小于6%或在5%以下。
  
  3、挥发分(Vadf)
  
  挥发分,是代表煤化度的指标和决定煤炭利用的重要指标,是评价煤的燃烧、气化、炼焦、液化加氢和其他化学加工的重要参数。榆林1-2、4-2、5-2煤层浮煤干燥无灰基挥发分变化在33.90~36.76%之间,一般小于37%,2-2、3-1煤层在榆神及榆横区挥发分以大于37%为主,靖定区以挥发分小于37%为主。
  
  4、硫分(St,d)
  
  硫分,是煤中有害成分,燃烧后产生的SO2是大气污染的主要来源。硫分越高,表征煤的质量越差。“榆林煤”各煤层中硫分以榆神府最低,一般小于0.6%,甚至小于0.5%,以特低硫煤为主。榆横区煤层硫分一般在0.8%左右,以低硫煤为主。硫分特低是陕北侏罗纪煤田的一大特征。
  
  5、发热量(Qgr,d)
  
  发热量,是表征煤质好坏的综合性指标,是指煤完全燃烧后所产生的热量,也是评价动力用煤质量好坏的最主要指标。国际公认发热量达到7000大卡的煤为标准煤,也叫煤当量。
  
  高位发热量:即煤在空气中大气压条件下燃烧后所产生的热量。“榆林煤”各煤层高位干燥基发热量绝大部分在6480—7200大卡(27~30MJ/kg)之间,属高发热量值,部分优于标准煤。从全市看,榆神矿区为特高热值煤,高位干燥基发热量大于6960大卡(29MJ/kg),其次是榆横矿区及靖定区,为中高~高发热量,榆神矿区预留区低于其它三矿区。
  
  低位发热量:是指煤在空气中大气压条件下燃烧后产生的热量扣除煤中水分(煤中有机质中的氢燃烧后生成的氧化水,以及煤中的游离水和化合水)的汽化热(蒸发热),剩下的实际可以使用的热量。榆神府区平均值为6200大卡(25.94MJ/kg)左右,榆横区及靖定区在平均值5850大卡(24.41MJ/kg)左右。
  
  市场应用
  
  根据“榆林煤”的煤质特性和工艺性能,“榆林煤”主要用途有:
  
  1、直接动力燃料
  
  “榆林煤”灰、硫、磷等有害物质含量非常低,燃烧后灰渣和有害气体少,污染轻,环境治理难度小,可直接作为电厂、工业锅炉的燃料。从上世纪八九十年代开始,京津唐、长三角和两湖等十几个省区一直使用榆林煤。在国际市场上已成为向日本、韩国及东南亚供煤的重点地区,打出了榆林优质煤炭的声誉,提高了榆林在国际和国内知名度。
  
  2、高炉喷吹用煤
  
  “榆林煤”经洗选后的精煤粉用于高炉喷吹,燃点低、不结渣,灰分及有害元素含量极低。经鞍钢高炉生产试验表明,不仅能降低焦比,还可提高生铁质量。
  
  3、碳化用煤(兰炭)
  
  用榆林神府煤田盛产的优质侏罗纪精煤在中低温条件下干馏热解生产的兰炭,又称半焦,因其火焰呈“蓝色”而得名,目前榆林是全国兰炭的主产区。2008年,兰炭被工信部列入国家产业政策目录焦炭序列。2010年,国家质检总局与国家标准委联合发布兰炭国标--《兰炭用煤技术条件》、《兰炭产品技术条件》、《兰炭产品品种及等级划分》标准。榆林兰炭具有低灰(小于10%)、低硫(小于0.30%)、低磷(小于0.050%)、低铝(小于2.00%)、高固定炭比(高于82%)、高比电阻(高于3500μΩM)、高化学活性、可磨性适宜、爆炸性低、反应性高等突出特点。榆林兰炭作为一种新型的炭素材料,经反复试验应用,可代替焦炭()广泛用于化工、冶炼、造气等行业,在生产金属镁、铁合金、硅铁、硅锰、化肥、电石等产品过程中优于焦炭,在提高下游产品质量档次、节约能源、降低生产成本、增加产量等方面,具有更高的应用价值。近年来,我国很多城市的雾霾天气与燃煤密切相关,兰炭作为一种环保燃料,各项指标均优于烟煤和无烟煤,其广泛应用,能减少有害物质的排放,提高空气质量,是减少大气污染、治理雾霾天气的首选煤种。现在北京、上海、天津、河北等地为减少燃煤对城市的污染,极力提倡各用煤单位使用榆林兰炭,全国其他城市也在推广之中。此外,兰炭的副产品煤焦油除作为建筑陶瓷、燃油发动机的添加油外,还可加工得到苯酚、甲酚、二甲酚和高级酚类产品以及烷烃、芳烃等,煤气可用于发电、制取合成氨、甲醇等化工产品、工业煅烧热源等。经过二十多年的发展,榆林共有兰炭项目93个,形成产能4289 万吨,围绕兰炭生产、加工、转化、运输、销售、科研等环节的从业人员超过3万人,兰炭产业的产值超过100亿元,已成为榆林工业经济发展的重要组成部分。
  
  4、炼焦配煤
  
  “榆林煤”虽不具粘结性,若能充分利用其特低灰、硫、磷的特点,作为炼焦配煤,与灰分、硫分较高的强粘结煤配合部分或全部替代瘦煤,则既可降低焦炭中的有害组分又能多产煤气。经鞍钢试验结果证明,配入5%~7%的神木煤,可炼制出合格的冶金焦。
  
  5、碳素材料用煤
  
  “榆林煤”的有机质含量一般在95%以上,孔隙发达,硫、磷、砷、氯等有害元素含量很低,是制备碳分子筛、活性炭等碳素材料的理想原料。大连理工大学以神府分化煤为原料,用亚硫酸盐纸浆废液作粘结剂,经碳化和碳成积工艺,制备富氮用碳分子筛,工艺简单、产品性能良好。西安科技大学用神木大柳塔特低灰分煤为原料,开发出制活性炭的新工艺。
  
  6、气化用煤
  
  以神木县为中心的5-2煤,从80年代开始有北京煤化所、中国动力工程学会以及90年代初期的包头第二机械厂、太原重型机械厂等单位对其进行了工业性气化试验。试验证明,榆林煤(特别是5-2煤)是良好的气化用煤。
  
  7、水煤浆制备
  
  中国科学院山西煤化所吴家珊教授对神木煤进行了水煤浆制备试验,并总结出影响水煤浆特性的主要因素是煤中水分和含氧官能团。1984年,中国矿业大学北京研究生部对神木煤进行了制备水煤浆的可行性初步研究,指出该煤是替代油的良好煤种,用于制备代油煤粉和水煤浆都是可行的。
  
  8、液化用煤
  
  2000年,陕西省煤田地质局一八五队专门对榆神矿区分别进行了2-2煤和3-1煤液化试验,由煤炭科学总院北京煤化工分院液化室进行高压反应试验。试验报告指出“煤样的煤岩组分中,镜质组含量较高,灰分低,加氢液化性能好,是适于液化的原料用煤”。煤的转化率高达92.35%,油产率为63.93%,两项主要液化指标都比较高。
  
  另外,东北工业学院、大连理工大学等多家科研机构以“榆林煤”为原料,进行过有关液化实验,取得了良好效果。
  
  前景展望
  
  “榆林煤”被称为“环保煤”、“优质煤”、“洁净煤”,其最大的优势就在于其“特低灰、特低硫、特低磷、中高发热量”的特性,加之其煤中有害元素氟、氯、砷特低,煤中微量元素丰值度与地壳中相当,与“精煤”(硫分0.4-06%,灰分7-16%,热值5736-6692大卡)各项指标相当。具有“特低灰”的特点可使煤炭充分燃烧,极大减少粉尘的排放;具有“特低硫”的特点可使煤炭燃烧后产生的二氧化硫等有害气体相对减少。具有“特低磷”的特点可使煤炭燃烧时所产生的五氧化二磷等有害气体很少。近年来,气候变化问题和我国中东部地区(尤其是北方燃煤地区)连续大范围出现的雾霾天气,引起了全社会的广泛关注,催生了洁净煤技术的推广应用和高效燃煤电厂的建设使用。从能源消费结构看,煤炭在一次能源消费中的比例近70%,依然在中国能源消费中占据绝对主导地位。与此同时,随着国际国内新型煤化工产业日趋成熟,许多各具特色和优势的煤转化技术将不断被应用于工业生产。因此,我们有理由相信,作为环保、优质、洁净的“榆林煤”有着更加广阔的市场前景,将会不断地应用于我国现代化建设进程的诸多领域。
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