1.3 低阶煤分质利用的开发系统
我国煤炭资源相对丰富，但是品种结构并不理想，一些稀缺煤种匮乏的情况下，使用结构也不够合理，曾经有过将稀缺煤种作为动力煤一烧了之的教训。虽然目前基于我国煤炭的分类，基本做到了低阶煤用于燃烧、化工，焦化煤种用于炼焦，贫瘦煤用于燃烧，无烟煤用于散烧、化工，但仍属于粗线条利用，缺乏系统规划，仍有进一步细分、提升能效、降低物耗的潜力。
低阶煤由于煤化程度低，大多含水率高、活性高、易燃易碎，直接燃烧或长距离运输经济性差，同时其侧链较多，氢氧含量高，挥发分高，需要建立分质利用技术开发系统，实现清洁、高效地用好低阶煤。该系统主要包括以下内容。
（1）煤质评价
对可以代表矿区产品稳定性质的典型煤样进行分质利用相关的全面煤质分析，包括粒度、工业分析、元素分析、有害元素分析、发热量、可磨性、黏结性、灰熔点、灰成分、葛金低温干馏试验、CO2反应性等指标。该环节可明确测试煤种是否适合热解，若有黏结性，一般用作炼焦煤种；若挥发分过低，一般做动力煤、化工用煤；挥发分高，葛金焦油产率高者，是优良的热解用煤。
（2）分质热解
“粗线条”式地确定出适于热解的原料煤后，下一步需要对其“细线条”热解分质。目前热解已形成多种技术，在考虑技术成熟度的基础上，粒径是甄选技术的重要因素。例如块煤热解可选择已有数千万吨产能的立式炉，混煤、碎煤热解可选择气化-热解一体化技术（CGPS）、煤气热载体移动床技术（SM-GF）、旋转床技术等，粉煤热解可选择气固热载体双循环技术（SM-SP）、输送床快速热解技术、回转窑技术等。经过热解，煤分质为半焦、焦油、热解气三态产物，之后对其分别分质加工。
（3）半焦分质
低阶煤经过热解得到的固体产物半焦具有含水率低、挥发分低、热值高、燃烧无烟等特点。根据半焦粒径及实际需求，粉焦或粒焦经研磨后可用于成型、气化、烧结、喷吹、制浆、燃烧发电，块焦或成型焦可用于制备电石、散烧、固定床气化等。块焦已在电石制备、散烧、烧结、喷吹等领域有诸多工程实例；粉焦利用方面，陕西煤业化工集团等相关企业已进行了多项粉焦利用工业试验，从理论和实践两方面初步证明了粉焦广泛应用的可行性，但由于粉煤热解技术尚未成功示范，目前粉焦没有规模化应用。
（4）焦油分质
以陕北立式炉煤焦油为原料，采用延迟焦化、全馏分加氢、悬浮床加氢等工艺生产汽油、柴油的示范装置已建成多年并稳定运行。但随着全球能源消费格局的转变，制汽柴油技术的经济性逐渐降低。煤焦油中硫元素含量很低，H/C比介于煤和石油之间，酚含量35%甚至更高，在制备航空煤油、橡胶油、变压器油、润滑油基础油等特种油品方面竞争力逐渐提升，陕煤集团和中国航天科工六院共同研制的煤基航天煤油已成功应用于火箭发动机。近年来，煤焦油捕获技术发展迅速，逐渐从氨水捕集向更节能环保的油洗捕集过渡，实现了煤焦油的分段采出，不同阶段采出的煤焦油馏分、组成不同，可用于提取、加工不同化工产品。其中，优先采出的煤焦油芳潜含量高，是制备芳烃的优良原料，精益化工、陕煤集团的煤焦油深加工制芳烃示范装置正在建设。
（5）热解气分质
热解气品质与热解工艺密切相关。当前成熟工艺立式炉热解的热解气品质较差，氮气含量接近50%，热值1800kcal/m3左右（1kcal=4.184kJ），大多用于发电以及供金属镁厂、铁合金厂作为燃料。气化-热解一体化技术（CGPS）热解气品质高，有效气成分（CO、H2、CH4、CnHm）大于80%，H含量大于30%。煤气热载体移动床技术（SM-GF）热解气有效气成分大于85%，H含量大于35%。相较于传统兰炭煤气制氢，此类高品质热解气，制氢的经济效益更为显著。针对高品质热解煤气的提甲烷、制合成气及相关下游技术正在研发中。
（6）精细化加工
针对半焦、焦油、热解气分质形成的产品进行优化组合，研发技术可行、市场良好的精细化学品制备技术，例如重质煤焦油制针状焦，热解气制合成气、半焦气化制合成气相耦合制烯烃等。
（7）“三废”、余热、余压循环利用技术
低阶煤分质利用过程中，单项技术可能会产生高污染物浓度及难处理的废气、废渣、废水，以及低品位难以直接利用的余热、余压。而低阶煤分质利用系统以逐级分质转化高效利用为核心，以大型项目为载体，组成一个对低变质煤“吃干榨尽”的完整产业链。在转化过程中的各种物料条件及废弃物逐级分质优化利用，构建“上游产品为下游原料，上游副产物、排放物作为下游原料资源化利用，余热、余压物尽其用，下游产品延伸发展”的物流链，变废为宝，节约能源，减少排放，保护环境。例如，热解废水具有高COD（化学需氧量）、高酚的特点，处理成本很高，但可将其与半焦粉制浆，水焦浆气化制合成气，实现高效处置；热解干法熄焦过程中往往会产生200℃左右的循环气弛放气，这部分低品质热量难以直接应用于热解技术，但却可以干化污水处理系统所产污泥。
（8）耦合集成技术开发
当前的研究大多专注于热解、焦油加氢、热解气提氢等单项技术。随着单项技术的突破，分质利用系统耦合技术必将成为下一个制约整体工艺节能减排的瓶颈。耦合集成技术主要以上游产品产生系统为起点，以下游原料入反应器系统为终点，对这一过程进行衔接。例如，热解过程结束后，半焦为热态，而下游喷吹、燃烧发电、气化反应器内也是热态，如果研发出耦合技术，将半焦热态直接送入这些反应器内，将省去熄焦、预热环节，大幅提升能效，降低设备投资；部分热解技术带压操作，焦油、热解气在高温、高压条件下收集，而焦油、热解气加工精制的很多技术也需要带温、带压，通过研发耦合技术，可以无需调整温度、压力，平稳地将热解装置的产品焦油转入焦油加工装置，实现节能降耗。
基于以上分析，分质利用开发系统见图1-7，即以低阶煤为原料，对其进行热解分质、焦油分质、热解气分质、半焦分质、精细化加工、“三废”循环利用等单项技术研发，同时进行物质流和能量流的有效耦合、合理配置，以能耗和排放最小化为理念，进行耦合集成技术开发，最终实现系统总能效和碳氢氧原子利用率高，水耗小、排放少，产品附加值高，工艺简捷、设备易国产化，总投资低，综合效益好。
图1-7 分质利用开发系统