今，风能、太阳能等新能源蓬勃发展，但在全球能源结构中，煤炭、石油和天然气仍然占据主体地位。在中国，煤炭以其相对丰富的储量占据了能源利用的半壁江山。国土资源部编制发布的《中国矿产资源报告（2015）》显示，2014年中国能源消费结构为：煤炭占66.0%，水电、风电、核电、天然气等占16.9%。
中国煤炭资源的储量虽大，但整体品质并不高，次烟煤、褐煤等低品质资源占中国总煤炭资源储量的40%以上。低品质煤是指含硫、水、矿物等高含量杂质的煤炭产品。中国低品质煤以褐煤为主，这种煤炭含水量高（高达20%～60%）、热值低（一般为11.71～16.73兆焦/千克）、易风化和氧化自燃，不适合长距离运输和利用。而中国褐煤资源主要分布在云南东部、黑龙江东部和内蒙古东部，使得低品质煤的开发和利用受到很大的限制。此外，低品质煤的高含量杂质导致其利用能效低，污染严重，而其可观的能源储量和快速增加的能源需求使得这部分资源的开发利用势在必行。
为了提高低品质煤能效，降低污染物排放量，缓解煤炭的隐忧，有必要对低品质煤进行大规模提质利用，以保障中国的持续能源供给，有利于经济快速发展和环境保护。
低品质煤提质，是指通过物理和化学方法脱除其中的高含量杂质（如矿物、硫和水等），使其组成和结构发生变化，成为具有一定稳定性的可有效利用的高品质煤。脱水提质不仅能提高低品质煤热值，降低其含水量，而且能够降低其在燃烧过程中的污染物排放量，提高能源品质。常见的提质手段主要包括蒸发脱水提质、非蒸发脱水提质、低温热解提质等。
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发脱水提质工艺将煤中的水以气态的形式除去,包括蒸汽脱水提质、烟气脱水提质、微波脱水提质和热空气脱水提质技术等。
蒸汽脱水提质通过饱和或者过热蒸汽加热低品质煤（如褐煤），以对其进行干燥。根据蒸汽是否与褐煤直接接触，可分为间接干燥法和直接干燥法。间接干燥法采用饱和蒸汽来加热干燥器，干燥器传热给褐煤使其水分蒸发，而和煤一起进入干燥器的空气则作为脱水介质，通过除尘器将空气和煤粉分离，其中一部分空气压缩后进入干燥器作为循环介质。直接干燥法采用过热蒸汽直接与褐煤接触加热,褐煤中水分受热蒸发，与经过热交换的过热蒸汽一起冷凝回收。实验室常用油浴锅恒温加热方式来加热褐煤，可充分加热褐煤，有利于水分的脱出，可避免出现粉尘且能耗较低。但这种提质方法并没有改变褐煤的化学结构，其复吸特性依然很强，不适合长途外运和储存。
烟气脱水提质通过300~800摄氏度的热烟气加热褐煤，使其升温至100~320摄氏度，水分在常压或低压条件下从褐煤中蒸发出去。常用的干燥器类型有回转干燥器、气流干燥器、热风流化床、喷动床等。该工艺与蒸汽直接干燥工艺类似，但需要考虑着火和爆炸问题。
微波脱水提质技术利用物质极性分子在微波形成的高频交变电磁场下不断重新排列，克服其原来的热运动以及分子间相互作用力而产生大量的热。由于碳对微波的吸收很少，只有水分子的百分之一，可根据水分子对微波的选择性吸收作用来加热并脱除褐煤中水分。微波可以穿透褐煤炭矩阵结构深入其内部，其高能量性也可以达到快速脱除水分的效果。微波加热是一种“冷热源”，以电磁能的方式与物质接触，而非一股热气，利用微波特有的穿透性和对水分子的极化性，深入到煤炭内部，通过由内向外的加热方式，从结构内部对褐煤性质产生影响，使煤炭内部的水分迅速升温汽化，不仅能够有效干燥煤炭，使燃烧值从2600大卡以下提升到4000大卡以上，而且不会破坏煤的品质，使煤炭变成名副其实的“高质煤”。
热空气脱水提质技术以250摄氏度以下的热空气为媒介，通过直接接触加热褐煤，使其水分蒸发并被热空气带走。热空气作为干燥介质和热量来源，是一个典型的传热传质相结合的过程，具有安全可靠、爆炸和自燃性小、污染小的特点。
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蒸发脱水提质工艺包括水热脱水提质技术和机械热压脱水提质技术等。水热脱水提质技术将褐煤等低品质煤和去离子水在密闭高压反应釜中混合加热，在温度和饱和蒸汽压的作用下将褐煤中的水分以液体形式脱除。这是对煤自然成熟的一种模拟，该技术不仅能脱除水分，还能使褐煤的性质和结构发生变化，达到提质改性的效果。
机械热压脱水提质技术结合了热能脱水和机械脱水的优点，在6～24兆帕压力下将褐煤加热至150～350摄氏度，通过机械挤压力脱除水分。其中由德国多特蒙德大学开发的热压脱水（MTE）工艺较为典型，其将褐煤加热到不高于220摄氏度，通过机械挤压脱除水分，整个工艺过程包括热水预热、过热蒸汽加热、加压脱水、闪蒸进一步脱水4个步骤。由于机械热压脱水提质技术是在热和机械力下将水分液态脱除的，因此大幅降低了能耗。
褐煤热解改性提质技术是在隔绝空气的情况下，在惰性气体或氢气气氛下将褐煤加热，使其在较高温度下发生一系列物理和化学反应，生成半焦、焦油和煤气。其条件相对其他提质方法较为苛刻，对褐煤的组成和结构也会造成改变。经热解后的褐煤一些特性趋向于烟煤，水分含量大大降低、热值大大提高，复吸水能力减弱，并且褐煤易燃的问题也得到了解决。热解产生半焦、焦油和煤气等一系列产品，可进行低品质煤的综合利用，开发基于低品质煤的多联产技术。
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直以来，我国主要的一次能源为煤炭资源，其中最主要的利用方式是作为单一燃料来直接燃烧利用，例如燃煤发电、冬季取暖等。但直接燃烧的效率较低，容易造成资源浪费，而且会产生大量的二氧化硫、氮氧化物和烟尘等，不利于环境保护。此外，煤热解生产半焦并产生焦油和煤气等副产品也已不是一个新话题。
为解决上述问题，基于煤炭资源的多联产系统受到了广泛关注，国内外企业和研究机构开发了多种新型热解多联产技术，以求扩大原料煤的选择范围，提高焦油/煤气的质量和收率，并优化和提升能量效率。煤炭多联产系统是对煤的超清洁利用，是从整体最优的角度、跨行业提出的一种高度灵活的资源、能源、环境一体化系统。“多联产”类似于石油产品的深加工，就是将以煤气化技术为核心的多种煤炭转化技术进行优化组合，从而获得多种高附加值的化工产品（如脂肪烃和芳香烃），以及多种洁净的二次能源（电力、液体、气体燃料等），达到煤炭资源利用的效率最大化和利益最大化，以煤热解技术为核心的多联产系统就是其中之一。
以煤热解技术为核心的多联产系统可在较低温度下使煤发生热解反应，生成中热值煤气和焦油，产生的半焦可用于燃料燃烧。通过调整气化系统反应参数，可以灵活得到不同目标产物产率。该技术主要以移动床、流化床和焦热载体热解气化为核心。浙江大学以煤的热解气化为核心，以煤分级转化综合利用为研究对象，较早地进行了煤分解转化多联产技术研究，目前已经完成了流化床热解气化多联产系统的基础试验和小型热态试验，并进入工业试验阶段。
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对中国已建成的老电厂发电效率低下、经济性低的问题，浙江大学提出了煤分级转化联合循环发电系统来对电厂进行改造。浙江大学的研究人员在原有基础上增加了气化炉、煤气净化系统和燃气轮机发电系统。煤经破碎后进入流化床气化炉，热解得到中热值煤气和少量焦油，半焦则送入电站锅炉燃烧发电。高温煤气经过换热器换热和静电除尘后送入燃气轮机进行发电，燃气轮机的高温烟气则送入电站锅炉进行余热利用。
以移动床为核心的多联产系统已在内蒙古赤峰富龙热电厂进行了工业性试验。大连理工大学开发的褐煤固体热载体干馏技术分别在内蒙古平庄和广西南宁进行了工业性试验和应用试验研究。
除了煤热解技术为核心的多联产系统外，根据工艺技术不同，多联产系统还包括以部分气化为核心的多联产系统和以完全气化为核心的多联产系统。
以煤部分气化为核心的多联产系统，主要是指煤在气化炉内进行部分气化生成煤气，没有被气化的半焦则送入锅炉进行燃烧发电和供热。不同的气化剂可以产生不同的气体成分，从而用于不同的用途。目前在国外主要有气化燃烧技术与联合循环发电相结合的先进燃煤发电技术，国内对于此项技术研究的起步较晚。东南大学在15兆瓦级的增压流化床燃烧中试电站上进行了试验，取得了一定成果。浙江大学自行设计和建造了1兆瓦煤热解气化燃烧分级转化试验装置，并在该装置上进行了部分气化燃烧试验。
以煤完全气化为核心的多联产系统，是指使煤在气化炉内完全气化，将煤炭全部转化成合成气。合成气可以有多种用途（如作为化工原料、燃料，用于联合发电等），从而以煤为主要原料，实现联产电力、清洁气体、液体燃料等多种高品质产品。中国开展了一系列以煤气化为核心的多联产系统的开发和应用，如中科院工程热物理研究所与山东衮矿集团合作建设的76兆瓦的煤气化-甲醇合成联合循环发电联产示范工程；太原理工大学提出的“气化煤气，热解煤气共制合成气”的多联产技术，其采用了气化煤气和焦炉煤气共重整技术，使得气化煤气中的二氧化碳和焦炉煤气中的甲烷转化成合成气。此外，中国华能集团也在建设整体煤气化联合循环发电（IGCC）示范项目，计划实现零排放。
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然新能源和清洁能源技术正在迅速发展，但我国以煤炭为主的能源消费格局很难在短期内得到较大改变，加之我国低品质煤储量巨大，有必要对褐煤等低品质煤进行提质，加强其对锅炉和气化炉的适应性。目前看来，煤炭提质和多联产是较为可行的煤炭高效清洁利用途径，能耗高、效率低、污染物排放量大等问题都能在一定程度上得到解决，可联产多种高附加化工产品和清洁的二次能源，促进我国低品质煤产业的优化升级。
致谢：感谢国家973计划项目“低品质煤大规模提质利用的基础研究”第6课题“提质煤的高效燃烧气化机理与污染控制”（课题编号：2012CB214906）的支持。
章康、朱燕群、何勇、徐超群、黄镇宇、王智化、岑可法：浙江大学能源清洁利用国家重点实验室。
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