山西省吕梁市孝义市北姚加氢综合能源岛。受访者供图

潞安180万吨/年高硫煤清洁利用油化电热一体化示范项目。受访者供图

山西焦煤西山煤电马兰矿智能控制中心。受访者供图

   一吨煤能做什么?

   用来燃烧发电,一个普通家庭能用一年;经过化学加工,能变成高档润滑油、尼龙纤维等,不仅绿色低碳,而且身价翻倍,实现从论吨卖到论斤卖、论克买。

   煤炭大省山西,年产煤炭超13亿吨,占中国近30%。每天,200万吨煤炭从这里输送到全国各地。

   作为能源革命综合改革试点省,山西在保障煤炭供应安全的同时,加快建设煤炭绿色开发利用基地。

   一吨煤如何绿色转型?近日,记者深入企业生产一线探访。

人控变数控,智能化开采,工作效率更高

   一大早,天将将亮。太原古交市,山西焦煤西山煤电马兰矿早班矿工准备下井。

   除了安全帽、头灯、自救器老几样,综采一队队长高帅还带上了新装备——5G防爆手机,“用它就能跟地面视频通话了。”说话间,高帅呼出团团白气。

   高帅和工友坐上井下人车,20分钟后,到达10602智能化综采工作面。

   “地面准备一键启动,井下人员是否到位?”

   “人员已到位。”

   中控室,工作人员轻点按钮,300米深井下,采煤机滚刀飞转,液压支架来回伸缩,一吨又一吨的乌金顺着煤壁倾泻而下,经过链板机、皮带机被运送至地面。

   过去,完成这套流程需要5个人。支架工要在100多副支架间紧跟采煤机来回跑,不停收升护帮板、提拉支架,这样的动作,一个班次要重复上千次。

   “智能化作业好处多啊,安全更有保障,也更省力了。”高帅井下工作13年,深有感触。

   像这样的智能化综采工作面,马兰矿已建成9个。“设备自动化程度高了,生产效率随之提高,生产班成员减少四成。”高帅介绍。

   马兰矿,一座30多年的老矿井,却是山西首批通过验收的中级智能化矿山,智能化场景无处不在。主斜井皮带全长1140米,过去人工巡检盲区多,现在有智能巡检机器人24小时无死角盯防。过去,通风机房、井下变电所需要三班倒,现在已实现无人值守。

   减下来的人员去哪里了?

   “煤矿用的智能化设备多了,需要的检修工也多了。把他们充实到检修班,做电工、钳工。”马兰矿机电部副部长张慧慧介绍,“现在煤矿需要更多技能人才,这两年招了不少计算机专业研究生。”

   智能化矿井产生海量数据,安全生产如何管控?

   走进马兰矿智能控制中心,显示屏占了三面墙,井下视频实时回传,海量数据时刻更新。

   这个平台就像“中枢神经”一样,集成融合了人、机、物、产、供、运等各种信息。“以前数据分散,看数据得往机房跑,最远的在30公里外。现在所有系统的数据都集中在一个平台上,哪个环节有问题一目了然。”张慧慧介绍。

   马兰矿智能控制中心以前叫集中控制中心,两字之差,折射煤炭开采方式大变革。山西累计建成200座智能化煤矿、30个绿色开采试点示范煤矿,煤炭先进产能占比近82%。

燃料变原料,精细化利用,煤炭从论吨卖到论克卖

   走进潞安化工煤基清洁能源公司(以下简称“煤基清洁能源公司”)的产品展厅,记者眼前的桌子上放着两瓶油品,一瓶是石油基油品,呈黄色,一瓶是煤基油品,无色透明。点燃灯芯,只见石油基油品燃烧后飘出缕缕黑烟,而煤基油品只见火苗不见烟。

   这是为何?

   “石油基油品硫、氮、磷等杂质比较多。我们生产的煤基油品几乎没有这些杂质。”潞安清洁能源实验室主任张国富解释道。

   透过展厅玻璃向外望去,只见塔器林立、管道纵横,126米高的4套气化炉一字排开。这是“潞安180万吨/年高硫煤清洁利用油化电热一体化示范项目”(以下简称“180项目”),是国家“十二五”重点攻关项目,2017年底投产。气化炉“吃”的是煤,产的是油、费托蜡等精细化学品。

   煤炭如何变成油?

   “当前,国内有4家煤制油基地,采用两种技术路线,一种是直接液化,煤在高温高压下直接液化成油。”张国富向记者介绍,“我们采用的是另一种技术——间接液化。煤炭不完全燃烧产生粗煤气,净化杂质后只剩下一氧化碳和氢气,经过催化合成油品,纯度高,产品均价每吨7000元左右。”

   煤制油附加值高,成本也高。先不说前期建设投入,单说买煤,山西煤矿均为高灰熔点煤,不适用传统煤气化技术。一开始,“180项目”得去陕蒙地区买煤,或者外地煤掺烧本地煤。

   这几年,外地煤价格走高。“我们用煤量大,”张国富说,“运输成本每年要有数亿元,对企业来说是一笔不小的开支。”

   企业“越烧越亏”,还有将近2000号员工要养活,这么下去扭亏脱困几乎不可能。

   研发一种助熔剂,让气化炉能烧本地煤,成为问题关键。但也有不少人反对,一套气化炉系统十几亿元,烧出问题了谁负责?

   “试,有可能成功,不试,只有死路一条。”煤基清洁能源公司首席师张国华和团队顶着压力,精选几十种材料,历经上千次试验,克服一系列难题,终于研发出新一代助熔剂。

   2021年底,4台气化炉全部单烧本地煤,原料加运费,一年省下数亿元。同时,团队不断优化助熔剂配比,吨煤助熔剂成本降了近八成。

   “180项目”持续稳产,开发出50余种煤基合成产品,今年产量预计达到100万吨。产业链也在延长,已培育出6家下游企业。

   其中,专精特新“小巨人”企业太行润滑科技股份有限公司以煤制基础油为原料,生产高端润滑油产品。“高端制造、新能源、军工装备等领域都用上了我们的润滑油,不断填补国内空白。”公司总经理助理、市场研发部部长张晓军颇有成就感。

   论吨卖的煤炭、焦炭,变成了论斤卖、论克卖的精细化工材料。山西正着力打造10条煤化工重点产业链,计划到2030年,建成国内重要的现代煤化工示范基地。

废气变资源,清洁化生产,氢能重卡运煤1万公里减碳12吨

   大雪过后,晋南沁水盆地气温骤降,晋城市沁水县李庄村村民王小曲家里暖意融融。墙上壁挂炉显示,出水温度38摄氏度。“取暖做饭用上了煤层气,不用掏煤灰了,村里环境也干净了不少。”王小曲说。

   煤层气俗称“瓦斯”,是产自煤层、以甲烷为主要成分的非常规天然气。山西煤层气资源总量约占全国的三分之一。

   山西蓝焰煤层气公司总工程师郭盛强介绍,公司上世纪90年代在沁水县寺河矿区开展地面瓦斯抽采试验,目前已形成从钻井、压裂、排采到集输的系列技术工艺体系。

   近年来,山西探索出一条“先采气后采煤、采气采煤一体化”的煤矿瓦斯治理利用模式,煤层气规模化开发迈上新台阶。

   “前10个月全省煤层气总产量达到113.8亿立方米,占全国同期产量八成以上,创历史新高,已超过去年全年产量。”山西省能源局油气处处长康义介绍。

   在吕梁孝义市北姚加氢综合能源岛,一台台氢能重卡正在排队加氢,10分钟便可注入35公斤氢气。

   “加满能跑300公里,一天够用了,行驶中只排水不排尾气,污染少。”鹏飞集团卡车司机吴治明说。

   这些氢气从哪里来?

   几公里外的鹏湾氢港制氢工厂,焦炉煤气通过净化装置、增压设备、脱硫、脱碳转化等装置,转化成氢气。

   “以前,煤炭炼焦产生的焦炉煤气,一半以上点了‘天灯’,破坏环境又浪费资源。”鹏飞集团董事局主席兼总裁郑鹏介绍。

   氢能是公认的清洁能源。山西是煤炭大省,工业副产焦炉煤气丰富,加上物流重卡需求高,运用场景有优势,2019年就开始布局氢能全产业链。主阵地吕梁市成立三位副市长领衔的工作专班,设立每年1亿元的专项资金,支持氢能产业发展。

   鹏飞集团是“链主”企业之一。“我们在氢能研发上下功夫,省级氢能中试基地已获批,协同推进成果转化。”郑鹏介绍。

   今年5月,20辆氢能重卡从孝义市出发,将煤炭送到天津港,再装满货物返回。发运里程1500余公里,沿途使用三个加氢站补能,现已实现常态化运行,每行驶1万公里减碳12吨。

   天津港是山西优质煤焦走向全国、远洋国际的重要码头,7年前停止接收公路煤炭运输。如今,一支氢能重卡车队,叩开天津港大门。

   目前,山西高纯氢年产能3.1万吨,建成加氢站22座,推广氢能汽车1000余辆,初步形成“制-储-运-加-用”全产业链。