【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 利用率僅為 54%。 礦井水的排放：在煤礦建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，各種類型的水源水會(huì)通過(guò)不同的途徑進(jìn)入巷道和工作面，為了保證采礦安全，防止水害發(fā)生，需將礦井涌水排出。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在采煤過(guò)程中，2022年全國(guó)煤礦礦井水排放約 30 億 m179。，平均噸煤涌水量約為 2m179。資源化利用率僅占 22%左右。 瓦斯抽放與礦井通風(fēng)：在煤炭開(kāi)采前和開(kāi)采中抽放瓦斯氣，是保證煤礦安全的重要措施。但將抽放的瓦斯排入大氣，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)，瓦斯中所含甲烷的溫室效應(yīng)比二氧化碳大 20 倍。另外煤礦在生產(chǎn)過(guò)程中，井下巷道每秒鐘都需要數(shù)十萬(wàn)乃至數(shù)百萬(wàn)立方米的空氣，它們主要是通過(guò)礦井通風(fēng)來(lái)完成，礦井通風(fēng)同樣含有瓦斯，并且還有大量粉塵。據(jù)近年來(lái)有關(guān)評(píng)價(jià)估算，全國(guó)煤層瓦斯資源量為 3106Mm179。2022 年中國(guó)重點(diǎn)煤層礦煤瓦斯產(chǎn)生量為179。，其中利用瓦斯量為 179。，利用率僅為 5%左右。7 / 38 傳統(tǒng)煤炭開(kāi)采忽略其它共生、伴生礦物的開(kāi)采、加工、利用，造成了資源的浪費(fèi)。中國(guó)煤系共生、伴生 20 多種礦產(chǎn)，目前絕大多數(shù)沒(méi)有利用，另外礦物的隨意存放丟棄還會(huì)造成環(huán)境污染，破壞生態(tài)環(huán)境。生態(tài)破壞：煤炭開(kāi)采破壞了地殼內(nèi)部原有的力學(xué)平衡狀態(tài)。引起地表塌陷，原有生態(tài)系統(tǒng)受到破壞。這種破壞使原有土地收益的減少或喪失，同時(shí)也造成地表水利設(shè)施的破壞和生態(tài)環(huán)境惡化。每年因開(kāi)采引起的地表塌陷面積已達(dá) 40 萬(wàn) h㎡，且平均每年以 萬(wàn)h㎡的速度增加。 煤炭貯存及運(yùn)輸過(guò)程的特征煤炭運(yùn)輸過(guò)程不僅需要耗費(fèi)大量的能源，占用了大量的公路和鐵路運(yùn)力，而且在堆存和裝卸過(guò)程中還會(huì)因發(fā)生自燃或揚(yáng)塵而污染大氣環(huán)境，并因浸出水的流失而污染周圍水系。煤炭運(yùn)輸占鐵路貨運(yùn)能力很大比例，由此造成了與其他物資爭(zhēng)運(yùn)力的矛盾日益突出。 煤炭在加工過(guò)程中會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大影響。煤炭在洗選過(guò)程中要排出大量的黑色洗煤水。洗煤水中主要含有大量懸浮的粉煤、煤泥等。焦煤的浮選洗煤水中含有油、酚、雜醇等有害物。洗煤水直接外排，不僅浪費(fèi)一部分資源：流失大量的煤泥，而且還染黑水域，影響自然景觀，同時(shí)也淤塞河道，妨害水生物生長(zhǎng)，影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活。傳統(tǒng)煤炭生產(chǎn)片面追求煤炭產(chǎn)量，忽視了煤炭伴生8 / 38資源的利用，以生態(tài)環(huán)境破壞為代價(jià)，排放了大量的廢物，是典型的“兩高一低”生產(chǎn)模式，即高開(kāi)采，低利用，高排放的線性經(jīng)濟(jì)模式。9 / 38二、我國(guó)傳統(tǒng)煤炭行業(yè)發(fā)展存在的主要問(wèn)題 煤炭工業(yè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞 地面水下降由于在煤炭開(kāi)采過(guò)程中礦井水大量外排，導(dǎo)致地下水位下降，引起地面水下跌。給農(nóng)作物生長(zhǎng)及居民飲用水帶來(lái)困難，同時(shí)，由于地下水位下降，地表含水層含水量減少，也使植被生長(zhǎng)受到影響。 地層錯(cuò)動(dòng)與地表下沉由于煤礦井下水大量外抽，礦井上底承載能力下降，加上大部分小窯煤井在開(kāi)采過(guò)程中，沒(méi)有采取預(yù)留煤柱等預(yù)防措施，有的小窯煤井甚至對(duì)國(guó)有煤礦預(yù)留煤柱肆意采挖、破壞，導(dǎo)致地層錯(cuò)動(dòng)，地表下沉，使一些地方出現(xiàn)了嚴(yán)重的道路塌陷、地面建筑物墻體開(kāi)裂現(xiàn)象。 地面水受到污染礦井廢水中懸浮物等污染物濃度較高，特別是流經(jīng)含硫鐵礦煤層的礦井水，酸性很大。這類礦井廢水如不經(jīng)處理就外排，將嚴(yán)重污染地面水體，淤塞河道和農(nóng)田渠道，造成土壤板結(jié)，對(duì)農(nóng)作物影10 / 38響很大。 煤矸石占地及風(fēng)化污染問(wèn)題煤礦排出的煤矸石一般都就近堆放。隨著堆存量的不斷增加，堆場(chǎng)的占地面積也逐年擴(kuò)大。煤矸石經(jīng)風(fēng)化、雨蝕、自燃后，其表面的風(fēng)化層物質(zhì)在風(fēng)力作用下進(jìn)人大氣，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境。下雨天，在雨水的沖刷下，會(huì)攜帶其表層的小顆粒物質(zhì)流入河道，同時(shí)還會(huì)將煤矸石伴生的硫鐵礦中的硫離子和亞鐵離子等浸取出來(lái)，污染水體環(huán)境。 二次揚(yáng)塵污染問(wèn)題煤炭有相當(dāng)一部分靠汽車運(yùn)輸，絕大多數(shù)運(yùn)煤車輛路經(jīng)城鎮(zhèn)主要街道，加上路面破損、車輛超載又不密封等原因，導(dǎo)致撒漏現(xiàn)象非常嚴(yán)重，大量煤炭流失，使街道煤塵飛揚(yáng)，大氣環(huán)境中的懸浮顆粒物濃度嚴(yán)重超標(biāo)。 煤炭回采率低，共伴生礦利用率低中國(guó)煤炭資源回采率一直十分低下，目前中國(guó)煤礦平均資源回收率為 30%，不足世界先進(jìn)水平的一半。中國(guó)目前最重要的煤炭產(chǎn)區(qū)在山西、陜西和內(nèi)蒙古等地。其中，山西省煤炭平均資源回采率只有 40%左右，該省的鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦回采率僅為 10%至 20%，每挖一噸煤要消耗 5 噸至 20 噸資源。在美國(guó)、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家，資源回11 / 38采率能達(dá)到 80%左右，每挖一噸煤只消耗 噸至 噸資源。而我國(guó)煤炭回采率低下的主要原因是采煤方法落后。與煤共伴生的固體和液體礦物質(zhì)大多是可利用的資源，在煤炭開(kāi)采過(guò)程中卻大量地被作為廢棄物直接排放。傳 統(tǒng) 煤 炭 開(kāi) 采 忽 略 其它 共 生 、 伴 生 礦 物 的 開(kāi) 采 、 加 工 、 利 用 , 造 成 了 資 源 的 浪 費(fèi) 。 中國(guó) 煤 系 共 生 、 伴 生 20 多 種 礦 產(chǎn) , 目 前 絕 大 多 數(shù) 沒(méi) 有 利 用 , 另 外礦 物 的 隨 意 存 放 丟 棄 還 會(huì) 造 成 環(huán) 境 污 染 , 破 壞 生 態(tài) 環(huán) 境 。 資源綜合利用程度較低為了我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展，解決好能源與環(huán)境問(wèn)題至關(guān)重要。在本世紀(jì)上半葉，我們要大力推廣潔凈煤技術(shù)，要大力發(fā)展煤化工。煤炭綜合利用包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即煤轉(zhuǎn)化和煤伴生礦物的利用。煤轉(zhuǎn)化大力發(fā)展煤氣化。煤氣化可以生產(chǎn)潔凈能源。煤氣化工藝過(guò)程主要包括煤炭氣化和煤氣凈化兩部分，粗煤氣經(jīng)凈化脫除了粉塵和硫氧化物等，可以根據(jù)需要生產(chǎn)工業(yè)或民用燃料氣，如合成天然氣、IGCC 的氣原以及供燃料電池的燃料。低溫燃料電池，尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC ），它沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不消耗大量金屬，無(wú)噪音，熱效率可達(dá) 80%以上，啟動(dòng)快，具有滿足交通動(dòng)力和熱電聯(lián)產(chǎn)能源需求的潛力，氫氣是質(zhì)子交換膜燃料電池燃料的最好選擇。12 / 38目前氫氣主要是由煤、天然氣（CH4）以及石油（烴）為原料和水蒸氣在高溫下氣化、重整或烴類部分氧化轉(zhuǎn)化生成。在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，化石能源中的碳首先變?yōu)?CO，為了得到更多的氫，再經(jīng)過(guò)水汽變換反應(yīng) CO+H2O=H2+CO2，把 CO 進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)?CO2。氫也可以由電解水生產(chǎn)，這是一種昂貴的方法，一般是在特殊情況下（如氯堿工業(yè)）或?yàn)榱颂厥庑枰臍洌ㄈ缁鸺剂希?。由于我?guó)油、氣資源儲(chǔ)存情況所限，一方面石油和天然氣可采資源短缺，另一方面開(kāi)采難度大、成本高，所以采用煤氣化制取氫氣是適合中國(guó)國(guó)情的，是最經(jīng)濟(jì)的。我國(guó)目前采用的煤氣化技術(shù)主要以常壓固定床煤氣發(fā)生爐和水煤氣發(fā)生爐居多，開(kāi)發(fā)和引進(jìn)了水煤氣兩段爐、魯奇加壓氣化爐和德士古水煤漿氣化技術(shù)。今后的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是效率較高、煤氣成分較好的干粉煤氣化技術(shù)。煤氣化可以生產(chǎn)合成氣（CO+H2），一般化工過(guò)程是指利用合成液體燃料、烯烴、石蠟，合成含氧化合物醇類、醋酸、醋酐、二甲醚、甲酸、甲酸甲脂，等等。大力發(fā)展煤液化。煤的液化是把“臟”的煤轉(zhuǎn)化成既可高效潔凈利用，又便于運(yùn)輸?shù)囊后w燃料或化工原料的技術(shù)，即用煤做原料以制取液體烴類為主要產(chǎn)品的技術(shù)。煤液化分為“煤的直接液化”和“煤的間接液化”兩大類。煤的間接液化是以煤基合成氣（CO+H 2）為原料，在一定的溫度和壓力下，定向地催化合成烴類燃料油和化工原料的工藝，包括13 / 38煤炭氣化制取合成氣、氣體凈化與變換、催化合成烴類產(chǎn)品分離的改質(zhì)加工等過(guò)程。煤的直接液化是煤在適當(dāng)溫度和壓力下，催化加氫裂化（熱解、溶劑萃取、非催化液體等）生成液體烴類及少量氣體烴，脫除煤中氮、氧和硫等雜原子的深度轉(zhuǎn)化過(guò)程。已開(kāi)發(fā)了多種煤的直接液化工藝，可用于煤的潔凈轉(zhuǎn)化和定向轉(zhuǎn)化技術(shù)的完善和提高。在溫和條件下進(jìn)行的煤液化，可以得到反映煤分子結(jié)構(gòu)單元的氣態(tài)產(chǎn)物。如在低溫干餾時(shí)，煤大分子中橋鍵最弱的地方發(fā)生分裂，對(duì)于低階煤首先是脫羧基反應(yīng)，繼而是解聚和分解反應(yīng)，不飽和原子團(tuán)的化合，輕分子的揮發(fā)并形成了氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物。又如煤在選擇適宜的溶劑進(jìn)行萃取時(shí)，可以把煤大分子中結(jié)合最弱的小分子抽提出來(lái)。這樣，就可以對(duì)煤的大分子進(jìn)行“裁剪”。通過(guò)煤炭液化，不僅可以生產(chǎn)汽油、柴油、LPG（液化石油氣）、噴氣燃料，還可以提取 BTX（苯、甲苯、二甲苯），也可以生產(chǎn)制造乙烯的原料。煤熱解：熱解是煤轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟，煤氣化、液化、焦化和燃燒都要經(jīng)過(guò)或發(fā)生熱解過(guò)程。在不同的工藝中，煤熱解的加熱速率和環(huán)境氣氛是不同的。煤炭高溫焦化（溫度在 950℃左右）在 19 世紀(jì)初已有生產(chǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)其主要目的是生產(chǎn)煉鐵用焦炭和照明用煤氣或燃料氣，烴類液體14 / 38產(chǎn)率約為煤重的 5%，作為其副產(chǎn)品，煤焦油蒸餾物是有機(jī)化學(xué)工業(yè)的原料。從 20 世紀(jì)初，溫和熱解用來(lái)由煤生產(chǎn)無(wú)煙燃料。80 年代以后，煤化學(xué)家對(duì)溫和熱解的其他用途的與日俱增。溫和熱解又稱“溫和氣化”是把煤加熱到 450℃～650℃，將煤在低溫?zé)岱纸猱a(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)從煤中趕出。這種研究的最初目的是對(duì)低品質(zhì)的煤和裼煤提質(zhì)加工，提高它們的熱值，降低硫含量。溫和熱解的液體收率可達(dá)到 15%～20%，也進(jìn)行過(guò)在相對(duì)較低的溫度條件下，在氫氣環(huán)境中熱解的研究?？焖贌峤饪梢蕴岣咭后w產(chǎn)率，一般是在 1200℃以上操作，煤的停留時(shí)間大大縮短，只有幾秒鐘。為提高經(jīng)濟(jì)性，快速熱解和加氫熱解主要目的是生產(chǎn)化學(xué)原料，這是通過(guò)煤的熱解將煤定向轉(zhuǎn)化。煤熱解可以生成苯、萘、蒽、菲以及目前尚無(wú)法人工合成多種稠環(huán)芳香烴類化合物及雜環(huán)化合物。 產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步緩慢我國(guó)現(xiàn)階段煤炭產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步緩慢嚴(yán)重滯后了煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，煤炭資源型城市發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)需要理論和科研上的支持。目前我國(guó)在這方面的研究還沒(méi)有達(dá)到很深層次,不利于煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)踐。這方面僅靠一個(gè)或幾個(gè)煤炭資源型城市去攻關(guān)、去探索,恐怕效果不會(huì)好。15 / 38Comment []: 標(biāo)題盡量精練16 / 38三、煤炭行業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的必然性潛力及意義我國(guó)是世界上人與自然關(guān)系嚴(yán)重失調(diào)