煤炭清洁利用在雾霾防治领域研究方向探讨

摘 要：本文分析了雾霾的成分和危害以及形成的原因，结合目前煤炭利用的研究现状和问题，探讨了煤炭清洁利用在雾霾防治领域的研究方向，认为可围绕煤炭预处理、煤炭清洁转化和污染物后处理开展研究。

关键词：煤炭清洁；雾霾防治；煤炭利用

中图分类号：X513 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0015-02

Abstract：This artical analyzed the composition and harm of fog and haze and the causes of them， combined to the research status quo and problems of coal utilization， the clean coal utilization research direction in the field of prevention and control of fog and haze was discussed， pretreatment of coal， coal clean conversion and pollutants post-processing were thought to be researched.

Key words：Coal cleaning；Haze prevention；Coal utilization

工I经济的高速发展，带来了一系列大气污染问题，特别是近年来，“雾霾”作为新的名词走入了人们的生活。2004年，“雾霾”一词开始在天气新闻中出现。2012年，我国新修订的《环境空气质量标准》，增加了细颗粒物（PM2.5）监测指标。2013年1月28日，中央气象台了霾蓝色预警信号，这是我国首次单独的霾预警。2013年9月10日，国务院《大气污染防治行动计划》（“大气防治国十条”），提出经过五年努力，使全国空气质量整体改善，力争再用五年或更长时间，逐步消除重污染天气，全国空气质量明显改善。2014年1月4日，国家减灾办、民政部通报2013年自然灾情，首次将雾霾天气纳入。2015新修订的《中华人民共和国环境保护法》对雾霾等大气污染治理作出了更多有针对性的规定。2016年12月15日，环境保护部，从12月16日起至21日，受不利气象条件影响，京津冀及周边地区将发生今年入秋以来最严重的一次重污染天气过程。北京、天津等20多个城市了红色预警，济南等10多个城市了橙色预警。在2017年刚召开的“两会”上，把“加大生态环境保护治理力度”列入2017年重点工作任务。可见，以雾霾为代表的环境污染治理工作是近年来的热门话题，也是摆在我们面前的艰巨任务。

1 雾霾的成分和危害

雾霾，是雾和霾的组合词。我国不少地区将雾霾作为灾害性天气现象，统称为“雾霾天气”。雾是一种无害的自然现象，而霾是空气中悬浮的大量微粒和气象条件共同作用的结果。雾霾常常相伴而生，氮氧化物、硫氧化物和可吸入颗粒物是雾霾的主要成分。颗粒物是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。颗粒物的英文缩写为PM，通常监测的是PM2.5，也就是空气动力学当量直径在2.5微米以下的污染物颗粒。不仅这种颗粒本身是一种污染物，同时又是多环芳烃、重金属等有毒物质的载体。其散射波长较长，因而霾看起来呈橙灰色或黄色。雾霾的危害是多方面的：首先，雾霾影响人们的身体健康，雾霾天气，可吸入颗粒物能直接进入人体呼吸道和肺部诱发病症，同时雾霾还可导致近地层紫外线辐射减弱，易使空气中传染性病菌活性增强，导致传染病增多。其次，雾霾会影响大气形成酸雨，会导致作物枯萎、树木死亡，还可使湖泊、河流酸化，毒害鱼类，加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程。再次，雾霾还影响交通出行，雾霾天气，视野能见度低，容易导致交通事故，危害社会安全[1]。

2 雾霾的成因

关于雾霾的成因，众说纷纭，科研工作者也做了大量研究。孟晓艳等[2]基于2001～2013年京津冀地区的环境空气质量监测数据和气象观测数据，经分析认为形成雾霾的一个重要原因是环境空气污染物特别是颗粒物浓度高，另一个重要原因是大气相对湿度高、大气层结稳定。顾为东[3]通过数理分析和实证验证手段，经研究认为我国雾霾形成的普遍性原因是传统土壤尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶作为凝结核生成雾霾。王祖武[4]等研究后认为雾霾形成、发展表现出显著的区域性特点，区域气候变化及污染物的迁移是形成区域性雾霾的主要原因。周峤[5]分析雾霾形成的直接原因是工业污染物排放和机动车尾气排放。中国科学院院士、中国工程院院士、第三世界科学院士石元春认为我国雾霾是近几年全国汽车增量井喷式发展和煤炭消费的直接结果。综合各种观点，不论采取何种研究方式和分析方法，雾霾的成因都源于污染物的排放和污染物的积聚。与煤炭利用相关的污染物排放主要有硫氧化物、氮氧化物、烟尘颗粒物等。因而煤炭清洁利用在雾霾防治领域研究方向可围绕减少这些污染物的排放展开。

3 煤炭清洁利用在雾霾防治领域研究方向探讨

“煤炭清洁高效利用”在国家“十三五”规划纲要未来100项国家重大工程项目中，位列第8项，充分说明煤炭清洁高效利用的重要性[6]。减少煤化工产业污染物排放可从三个方面着手进行研究，第一是原料预处理，第二是过程控制，第三是污染物后处理。下面分别进行探讨：

3.1 原料预处理

煤化工最重要的原料是煤，本文重点探讨煤的预处理。未经处理的煤成分复杂，不论是作为燃料煤还是原料煤，在反应过程中都会排放硫氧化物、氮氧化物、烟尘颗粒物等污染物。近年来，原煤的洗选新工艺、新技术、新装备快速发展，商品煤质量得到了大幅提高，为煤炭清洁高效利用打下了良好的基础。但目前的选煤工艺仍然存在不足，比如投入大、工艺复杂、成本高、浪费资源、产生二次污染等问题。因此在该领域的研究还有很大空间，可重点围绕环境友好、资源节约、成本降低、工艺简洁高效的目标开展选煤工艺、选煤装备以及浮选剂等的研发工作。另一个比较活跃的研究领域是型煤技术。型煤是用一种或数种煤与一定比例的固硫剂、黏合剂、助燃剂等加工成一定形状的块状燃料或原料。我国型煤技术的研究和推广正日趋成熟。民用型煤在西部等偏远地区市场需求仍很大。锅炉型煤由于受小型燃煤锅炉多样性的限制，推广应用比较缓慢。化肥工业合成氨造气型煤和建材、冶金、耐火材料、陶瓷等行业动力燃气型煤发展良好，逐步从实验室研究发展到工业试验和产业化生产，但是能够满足鲁奇加压气化炉的型煤还不多，需要进一步加快研究。生物质型煤也是我国型煤技术新的发展方向之一。来源广、黏结性强、适用性好、价格低的复合黏结剂成为型煤黏结剂研究的重点[7]。但型煤技术科学研究与产业化之间还存在一定差距，对于型煤生产工艺、成型机械、型煤粘结剂、固硫剂、助燃剂以及适用型煤的锅炉等方面的研究还有很大空间。

3.2 过程控制

过程控制即煤炭的转化过程控制。煤炭清洁转化比较有代表性的有煤炭发电和清洁煤化工。目前我国燃煤发电的清洁化程度可以媲美天然气发电的清洁化程度，而比天然气发电成本低很多。据统计，我国消费的煤炭一半用来发电，通过超低排放技术，可使燃煤发电实现清洁高效转化。清洁煤化工方面，煤制烯烃、煤制气、煤制油、煤制甲醇二甲醚、煤制乙二醇等清洁燃料和化工品，为煤炭集中转化和清洁高效利用开辟了新的发展道路。但目前清洁煤化工示项目中也发现一些问题，其工艺技术和装备研究还有广阔的空间，以达到能效更高、水耗更少、排放更低的目标。另外，对煤炭分质梯级深加工高效利用，也是近年来的研究热点。国家能源局颁布的《煤炭清洁高效行动计划2015―2020年）》中，提出到2020 年建设一批百万吨级的低阶煤分质分级利用示范项目。目前已研究出数十种低阶煤分级提质技术工艺，但成功产业化的很少，因此低阶煤分级提质的关键技术还有待更深入地研究。

3.3 污染物后处理

污染物后处理即对生产中产生的污染物进行处理，简单讲即对烟气进行脱硫脱硝除尘，除尘技术已比较成熟或者在脱硫脱硝的过程中实现除尘，本文重点探讨脱硫脱硝技术研究。随着环境问题的日益加剧，烟气脱硫脱硝技术研究也成为许多科研工作者的研究热点。过去一般是采用分别进行脱硫脱销的技术，一些脱硫脱硝新技术取得了实验成功，部分技术已经成功地工业化。但由于分别处理存在设备复杂、占地面积大、装置投资和运行成本高、副产品不易利用、同时造成二次污染等问题，因而很多研究人员把研究方向转向发展经济有效的脱硫脱硝一体化技术，这样既可简化流程和设备，且副产物少、建设投资和运行成本低。但目前的烟气脱硫脱硝一体化技术尚不成熟，在经济性上还不具备竞争优势。例如固相吸附/再生法双脱设备简单，效率高，不造成二次水污染，但是吸收剂不易再生。气/固催化工艺的脱硫脱硝率也很高，但技术还不成熟，该类工艺研究较少。液相脱除工艺的脱硫率高，但脱硝率不高，工业化应用尚有难度[8]。因此，对脱硫、脱硝一体化工艺技术机理、脱硫脱硝装置的研究还有很大的空间。因此，可重点围绕脱硫脱硝工艺、设备以及催化剂展开研究，对脱硫脱硝分别处理和一体化技术的优劣、技术性和经济性开展深入比较，选择合适的工艺，并根据不同的工艺开发合适的催化剂，以达到气体超低排放、创建环境友好型企业、实现可持续发展的目标。

4 结语

随着工业的发展，以雾霾为代表的环境问题已严重影响到每个人的生活，雾霾防治刻不容缓，国家的环境保护政策会越来越严格，煤炭清洁利用势在必行。相关课题研究方向可围绕煤炭预处理、煤炭清洁转化和污染物后处理进行展开，相信通过广大科研工作者的共同努力，伴随着新的科研成果的推广应用，一定会为雾霾防治工作做出积极的贡献。

参考文献

[1]魏嘉，吕阳，付柏淋.我国雾霾成因及防控策略研究[J].环境保护科学，2014（5）：51-56.

[2]孟晓艳，余予，张志富，等.2013年1月京津冀地区强雾霾频发成因初探[J].环境科学与技术，2014（1）：190-194.

[3]顾为东.中国雾霾特殊形成机理研究[J].宏^经济研究，2014（6）：3-7.

[4]吕效谱，成海容，王祖武，等.中国大范围雾霾期间大气污染特征分析[J].湖南科技大学学报（自然科学版），2013（3）：104-110.

[5]周峤.雾霾天气的成因[J].中国人口・资源与环境增刊，2015（5）：211-212.

[6]张绍强.发挥资源优势，加大清洁高效利用，促进煤炭企业转型发展[J].煤炭加工与综合利用，2016（5）：1-5.

[7]朱红龙，张亚飞，郭丽玲，等.中国型煤专利技术分析[J].洁净煤技术，2013（2）：29-33.

[8]康新园.燃煤烟气脱硫脱硝一体化技术研究进展[J].洁净煤技术，2014（6）：115-118.