俏东方可再生煤

俏东方可再生煤

碳中和时代的基础能源——

俏东方可再生煤

——替代煤炭基础能源

一.定义

可再生煤(Renewable coal， RC)又称“煤化生物质喷吹粉”，注册商标“俏东方”，简称“俏东方可再生煤”，代号“俏东方RC”。它是用高水分木质纤维素类生物质原料（主要包括农林剩余物、农林生物质、有机生物质垃圾、牲畜粪便等），通过过热蒸汽变压煤化微粉工艺技术制作成的棕褐色半焦状微粉喷吹燃料。改变了原有生物质的物理和化学特性，使其具有与煤炭相似的特性，具有高氢高热值、低灰分、低硫、燃烧充分、储存稳定性好、气力输送性好等特征，可替代煤炭。

二．背景

人类能源主要经历了生物质（释放能量： 1.2×10^7 J/kg）、煤炭（无烟煤释放能量： 3.4×10^7 J/kg）、石油（汽油释放能量： 4.6×10^7 J/kg）的三个阶段，能源转换的核心驱动力都是能量密度的提高。

当今能源进入碳中和时代，主要方向是从化石能源向可再生能源转型。而目前推崇的光电、风电、蓄电池、氢能（释放能量： 1.4×10^7 J/kg）等均为低能量密度能源。生物质早期之所以被淘汰，根本原因在于其能量密度低，本征缺陷终将使其重蹈覆辙。寻找可持续高能量密度的可再生能成为全球竞相追逐的热点。

太阳能是最廉价的可再生能源，已成为人类使用能源的重要组成方式，而生物质是最为理想的太阳能热储能载体，同时也是国际公认的零碳能源。它在固定吸收太阳能时依靠的是植物的光合作用，而且能量收支平衡，在能源返还时间（Energy payback time，EPT）方面，生物质仅为5～75天，光伏发电长达2～3年。将生物质采用新生物科技转化为高能量密度能源是必经之路。

煤炭是千百万年来生物质由于地壳的变动不断地埋入地下，长期与空气隔绝，并在高温高压下，经过一系列复杂的物理化学变化等因素，形成的黑色可燃沉积岩，俗称“石炭”。一般以块状形式存在，使用前磨成喷吹微粉，通过气力输送来应用，如燃煤发电、高炉炼铁、煤制油、煤制气、煤化工等，块煤已无法直接使用。生物质与煤炭最大的区别在于其高水分难利用、氧含量极高（45%以上）、密度小热值低、粉末无法气力输送、储存运输难等，所以同为固体燃料，但却代替不了煤。

生物质是自然界最广泛、可再生能力最强的资源，全球产量超过1000亿吨/年，超过现在的化石资源储藏量。中国生物质产量可达100亿吨/年，量大面广。生物质传统的能源利用方式为薪材、成型颗粒、直燃发电、碳化、液化、气化等，因产品与化石能源的使用性能差距很大，规模小成本高，没有竞争力，无法商业化运营。所以在很早就从基础能源行列中淘汰，进入碳中和时代，只有靠新生物科技才能将生物质重新拉回到基础能源行列中。

新木集团创新团队开发出一套颠覆性新生物科技技术及装备体系，将生物质转化为俏东方RC，克服了生物质的缺陷，发扬了煤炭的优势，可替代煤炭。从技术角度看，可以用生物质解决基础能源-煤炭问题。2021年，我国煤炭年消耗量约为41.3亿吨，如用俏东方RC替代，折合生物质量为53.7亿吨。从资源角度来看，完全可以实现用俏东方RC替代煤炭作为基础能源。

新木集团创新团队开发的转化技术仅用几分钟就将生物质变为组成和性能更优的俏东方RC，彻底改变了人们对生物质能的认知，实现从0到1的突破。打通了生物质资源替代化石资源的通道，俏东方RC能量密度超过现有的光电、风电、蓄电池、氢能等可再生能源，成为目前唯一的高能量密度可再生能，使得农林剩余物成为可再生能源的重要支柱。提出“俏东方RC平台概念”，从此开启了新型生物能源与物质经济产业先河。人类的经济社会结构也会逐渐转变到生物质上来，实现商业化运营。

乡村最大的资源是生物质，在乡村兴起新型生物能源与物质经济产业，乡村经济焕然一新，人文环境超越城市水准，成为人们向往之地，成为乡村振兴支柱产业。

三．国内外研究现状及发展趋势

该技术体系是建立在过热蒸汽生物质加工、燃料泥浆化、生物质无外加催化剂高温高压沸腾水解等理论基础上，创新开发的新生物科技技术。可同时生产糠醛和俏东方RC，类似产品有：造纸残渣、糠醛残渣、纤维素乙醇残渣等，均是以木质素为主的半焦燃料，造纸残渣在国外早已进行发电产业化；糠醛残渣由于硫含量高，主要作为肥料利用；纤维素乙醇残渣还没有工业化实例。

四．工艺技术

以生物质和有机生物质垃圾为原料（含水25-50%），经粉碎、过热蒸汽变压煤化微粉等工艺，将高水分生物质通过过热蒸汽，从T=260-280℃、P=2.5-3.0MPa骤变为T=140-160℃、P=1.2-1.4MPa，再变为常压。这时，发生水离解为H+和OH-，“三素”解聚、官能团脱除、半焦微粉化、水脱除等，同时获得糠醛、乙酸等小分子有机物和微粉状俏东方RC。

五．技术特征

1.原料适应性强，无需干燥脱水。适合各类生物质，含水率25～45%，如树木剪枝、树叶、林业三剩物、灌木、速生林（杨树、柳树等）、秸秆、果实皮壳、杂草等。适合有机生活垃圾。原料品种不限，干湿不限，适应性强。

2.生物质原料中所含水分成为原料，实现液相加氢，提高H/C比。

3.将生物质同时转化为含氧化合物和高C/H比高能源密度能源，实现高值化利用。

4.能耗低、反应时间短、规模大，已实现商业化运营。

六．产品性质

1.组成与结构特性

主要为C、H、O和矿物元素，C、H、O比例及密度适中，具有半焦的芳香族结构特征，与生物质及喷吹煤对比如下：

2.物理特性

原生物质的表面官能团全部脱除，具有优良的气力输送性；比表面积大具有复吸水性，饱和含水率7～12%；燃点高、热稳定性好、无爆炸性，干净、不风化、不自燃、耐水不怕潮。其热值、气力输送性与煤相当，储藏稳定性优于煤炭。

3.燃烧特性

高水分生物质燃烧时，其燃烧产生的热量大部分浪费在水分蒸发上。而生物合成喷吹粉燃料具有热值高、燃烧温度高、燃烧充分、发生水迁移反应等独特的燃烧特性，可实现连续化、规模化、持续高温等。燃烧过程伴随气化过程，成功实现了低温水迁移高温燃烧，产生大量氢和一氧化碳，二氧化碳生成量少，提升热值。实现高能量密度化，克服了生物质燃烧的缺陷，超过煤炭燃烧的功效。产品中所含饱和水分成为能量源，反应式如下：

C+H2O=H2+CO (吸热)

CO+H2O=H2+CO2 (放热)

C+CO2=2CO (吸热)

4.优势

（1） 将品质繁多的生物质原料就地转化为标准统一的俏东方RC，克服原生生物质收储运难题，可以利用煤炭的储运体系，开发使用成本低，便于大面积推广。

（2） 现在利用煤炭的能源设施，如燃煤发电厂、合成氨厂等，不需改造，直接采用俏东方RC，保住了国家巨大的基础设施投资。

（3） 将生物质在数分钟转化为俏东方RC，造就了一个遍布大地的“地面煤田”。建立稳固的清洁能源体系，有力地保障了国家能源安全。

（4） 清洁环保，在实现农林剩余物和有机生物质垃圾低成本处理的同时，解决能源供给问题，实现零碳排。储量丰富，分布范围广，可开发利用总量大。

（5） 应用范围广，用于现在所有使用煤炭的设施。

（6） 省去煤块磨粉工序，降低成本、减少污染，提高生产安全性。

（7） 碳中和时代，煤炭逐步退出基础能源市场，取而代之的是俏东方可再生煤。

七．应用与分类

目前，俏东方RC主要用于燃煤发电、高炉炼铁、煤制油、煤制天然气、合成氨/尿素、煤化工、燃煤锅炉供热供气等场合，分以下几种：

1.燃煤发电用可再生煤（俏东方RC-E）

现有燃煤发电厂的设施无需改造，省去磨煤工序，可再生煤直接经喷嘴进入炉膛即可。热值与煤炭相当的情况下，发电量提升。按标煤测算，标煤发电当量为3.33kWh/kg，可再生煤发电当量为3.7kWh/kg。现有的生物质直燃发电当量最高仅为1kWh/kg。

2.高炉炼铁用可再生煤（俏东方RC-S）

现有高炉炼铁厂的设施无需改造，省去磨煤工序，可再生煤直接经喷嘴进入炉膛即可。热值与煤炭相当的情况下，还原性气体量提升（CO、H2），CO2排放量减少。

3.煤气化用可再生煤（俏东方RC-G）

可再生煤适用于加压气流床煤粉气化设施，现有该类设施无需改造，省去磨煤工序，可再生煤直接经喷嘴进入气化炉即可。热值与煤炭相当的情况下，合成气品质提高，H2含量提高，CO2排放量减少。

4.锅炉用可再生煤（俏东方RC-B）

可再生煤适用于喷吹煤锅炉设施，现有该类设施无需改造，省去磨煤工序，可再生煤直接经喷嘴进入炉膛即可。热值与煤炭相当的情况下，功效提升，排放更清洁。