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        煤炭分質(zhì)利用緣何“熱得快”

        2016-03-13 14:30:40陳繼軍陳光達
        化工管理 2016年4期
        關(guān)鍵詞:利用

        文/陳繼軍 陳光達

        煤炭分質(zhì)利用緣何“熱得快”

        文/陳繼軍 陳光達

        隨著油價下跌和煤化工產(chǎn)品競爭力減弱,煤化工正悄然降溫。據(jù)中國石化聯(lián)合會2011年8月公布的數(shù)據(jù),當時全國在建擬建的煤制烯烴、煤制油和煤制氣產(chǎn)能分別高達2800萬噸、4000萬噸和1500億立方米;但以目前開展前期工作和正在建設(shè)的項目推算,到“十三五”末,我國煤制烯烴、煤制油和煤制氣有效產(chǎn)能很難突破1500萬噸、2000萬噸和680億立方米,較預(yù)計產(chǎn)能銳減一半。

        與此形成明顯對比的是,以煤熱解為龍頭的煤炭分質(zhì)利用卻悄然升溫。目前,國內(nèi)建成、在建、擬建的煤熱解產(chǎn)能超過1.8億噸。其中,僅2015年投產(chǎn)的中低溫煤焦油加氫項目產(chǎn)能就有200萬噸,對應(yīng)的熱解產(chǎn)能超過2000萬噸。2016年,我國還將有160萬噸中低溫煤焦油加氫和1600余萬噸煤熱解產(chǎn)能釋放。

        人們不禁要問,煤炭分質(zhì)利用緣何“熱得快”?

        技術(shù)瓶頸逐一突破

        2015年7月12日,由陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院與北京柯林斯達科技發(fā)展有限公司聯(lián)合開發(fā)的氣化—低階煤熱解一體化技術(shù)(CGPS),在北京通過由石化聯(lián)合會組織的科技成果鑒定。由中國工程院院士謝克昌、倪維斗、金涌等9位專家組成的鑒定組認為:該技術(shù)通過熱解與半焦氣化技術(shù)的耦合,以半焦粉氣化產(chǎn)生的高溫煤氣作為熱載體,進行逆向串級直接接觸熱解,實現(xiàn)了高溫煤氣顯熱的高效合理利用與低階煤的梯級熱解。其萬噸級工業(yè)化試驗裝置工藝流程主裝置及自動化控制先進合理,便于操作和穩(wěn)定運行。整套技術(shù)推進了低階煤定向熱解制高品質(zhì)焦油與煤氣技術(shù)研發(fā)進程,屬國際首創(chuàng)、居領(lǐng)先地位。

        這是時隔不足20天,我國通過鑒定的又一先進煤熱解技術(shù)。2015年6月25日,由陜煤化集團神木天元化工有限公司與華陸工程科技有限公司聯(lián)合開發(fā)的低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解制取無煙煤工藝技術(shù),順利通過由陜西省科技廳組織的科技成果鑒定。以金涌院士為組長的鑒定組認定:該技術(shù)攻克了煤低溫熱解領(lǐng)域粉煤潔凈化分質(zhì)利用關(guān)鍵性技術(shù)和裝備,整體技術(shù)達到國際先進水平。

        上述兩項成果,只是我國煤分質(zhì)利用技術(shù)突飛猛進的一個縮影。事實上,近幾年,以煤熱解為龍頭的我國煤分質(zhì)利用領(lǐng)域新技術(shù)層出不窮。

        2010年,神木天元化工公司將自主開發(fā)的中低溫煤焦油輕質(zhì)化技術(shù)與塊煤中低溫熱解技術(shù)、煤焦油延遲焦化技術(shù)集成耦合,建成年產(chǎn)135萬噸塊煤熱解/50萬噸煤焦油加氫制取石腦油、柴油餾份工業(yè)化示范裝置;2011年,河南龍成集團開發(fā)成功低階煤旋轉(zhuǎn)床熱解技術(shù),并建成30萬噸/年工業(yè)化裝置;2013年4月,陜煤化集團神木富油能源科技有限公司開發(fā)的中/低溫煤焦油全餾分加氫多產(chǎn)中間餾分油成套工業(yè)化技術(shù)(FTH),被以中國科協(xié)副主任謝克昌院士為組長的鑒定組認定為“系世界首創(chuàng),居領(lǐng)先水平”,采用該技術(shù)建設(shè)的12萬噸/年工業(yè)化裝置,已穩(wěn)定運行兩年多;2015年7月,采用上海新佑能源科技有限公司與河北新啟元能源技術(shù)開發(fā)股份有限公司聯(lián)合開發(fā)的劣質(zhì)油全返混沸騰床加氫技術(shù)(EUU)建設(shè)的河北新啟元公司15萬噸/年中低溫煤焦油全餾分加氫裝置,一次投料成功并實現(xiàn)穩(wěn)定運行;2015年8月,采用延長(石油)集團與美國KBR公司合作開發(fā)的渣油懸浮床加氫催化裂化技術(shù)(VCC)建設(shè)的全球首套煤焦油懸浮床加氫裂解工業(yè)化裝置——延長安源化工有限公司50萬噸/年中低溫煤焦油懸浮床加氫工業(yè)化裝置實現(xiàn)中交……

        “目前,僅陜煤化集團就開展了6個不同方向的煤熱解技術(shù)研究。其中3項已完成中試,另外3項研究取得關(guān)鍵技術(shù)突破。”陜煤化集團黨委書記華煒自豪地表示。

        據(jù)華煒介紹,煤分質(zhì)利用理念的整體思路是:含油率較高(5%以上)的低階煤,經(jīng)中低溫(550~850℃)熱解,抽取其中的焦油、煤氣等輕質(zhì)組分,同時獲得熱值較高的清潔炭素材料半焦。煤氣用于制氫或甲烷;煤焦油經(jīng)提酚等處理后與氫氣催化裂化反應(yīng)生產(chǎn)石腦油和柴油餾分;脫除了揮發(fā)份的半焦,比原煤熱值更高、更潔凈,既可氣化生產(chǎn)合成氣,繼而生產(chǎn)化工產(chǎn)品,又可作為優(yōu)質(zhì)民用燃料和電廠燃料,還可替代無煙煤,用于煉鋼爐的高爐噴吹,從而實現(xiàn)煤的分質(zhì)分級高效清潔利用。

        據(jù)了解,我國于20世紀80年代末成功開發(fā)立式爐塊煤熱解技術(shù),一直沿用至今,目前全國煤熱解產(chǎn)能超過8000萬噸/年。但立式爐只能以塊煤作原料,煤氣有效成份和熱值低、單爐產(chǎn)能小,進一步推廣受到限制,也難以真正體現(xiàn)高效與清潔。為此,近幾年粉煤或全煤熱解技術(shù)成為眾多企業(yè)和科研單位競相開發(fā)的方向。這其中,高溫煤氣中的油塵分離、高濃度(含焦油、酚、苯、氨氮、COD)熱解廢水的處理與資源化利用,以及裝置大型化成為制約煤熱解的3大難題。

        經(jīng)過科技人員的不懈努力,上述3大難題而今全部有了較為合理的解決方案。

        油塵分離方面,神木天元與華陸公司開發(fā)的低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解制取無煙煤工藝技術(shù),在用熱煙氣干燥粉煤的同時,吹出粒徑小于0.2毫米的煤塵,大幅減少了后序熱解過程煤焦油中的煤塵量,并巧妙運用高速離心分離技術(shù),將含有少量煤塵的焦油進行高效分離,最終破解了粉煤熱解過程油塵難以分離的難題。

        CGPS技術(shù)則將粒徑小于25毫米的末煤經(jīng)分級布料進入帶式爐,形成多層移動顆粒床層,利用不同顆粒煤層組成的移動過濾層,通過慣性碰撞、擴散沉積、重力沉積、直接攔截、靜電吸引等過濾原理,實現(xiàn)對熱解煤氣的高效自除塵(除塵率達96%以上,焦油中含塵量降至0.32克/標方以下)。

        熱解廢水處理方面,神木富油能源科技有限公司50噸/小時中低溫煤熱解及煤焦油加氫廢水處理示范裝置已經(jīng)平穩(wěn)運行1年多,經(jīng)處理的廢水指標達到新的《黃河流域(陜西段)污水綜合排放標準》一級標準要求。

        至于熱解裝置大型化問題,河南龍成集團開發(fā)的低階煤旋轉(zhuǎn)床熱解技術(shù)已建成并運行了兩套80萬噸/年工業(yè)化裝置;北京柯林斯達公司開發(fā)的帶式爐內(nèi)熱式粉煤(或褐煤)熱解技術(shù)單爐規(guī)??蛇_100萬噸/年;陜煤化技術(shù)研究院有限公司開發(fā)的模塊化工藝,一個模塊年處理煤量可達300萬~400萬噸……

        “此前人們擔心的煤熱解所得半焦(或焦粉)的出路問題,同樣有了理想解決方案?!比A煒透露。

        他說,早在3年前,立志于煤炭分質(zhì)分級利用的陜煤化集團就開始關(guān)注半焦(焦粉)的出路,并委托陜煤化技術(shù)研究院開展這方面的研究。經(jīng)過幾年的努力,大量工業(yè)化應(yīng)用試驗表明,半焦(焦粉)制備水煤漿氣化或直接氣化,其效果與原煤并無多大區(qū)別;用于高爐噴吹替代無煙煤也是完全可行的;用作居民冬季取暖的燃料,由于在熱解過程已經(jīng)脫除了硫、氮、揮發(fā)分,不僅熱值高,且潔凈耐用。

        “我們開發(fā)的純氧連續(xù)氣化技術(shù),不僅可以無煙煤為原料,也可用焦炭、煙煤、型煤等碎煤作原料?!苯鞑艑崢I(yè)有限公司總工程師趙樂群的話證明了華煒的說法。

        府谷奧維乾元化工有限公司總經(jīng)理任濤亦表示,該公司30萬噸/年合成氨、52萬噸/年尿素裝置配套的水煤漿氣化爐所用原料,一半以上是企業(yè)自產(chǎn)的焦粉,裝置2年多的運行結(jié)果表明,焦粉替代原煤制漿造氣沒有問題。

        “目前,京津冀地區(qū)散燒煤量高達7200萬噸/年,由于散燒煤過程會排放大量二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和煙塵,導(dǎo)致霧霾不斷加劇且很難治理。但若全部換成天然氣,因受各種因素制約短期內(nèi)難以實現(xiàn)。后期,一旦清潔半焦或型焦能夠在京津冀地區(qū)推廣應(yīng)用,不僅能極大緩解環(huán)境壓力,也將徹底解決困擾煤分質(zhì)利用發(fā)展的半焦(焦粉)的出路問題。”謝克昌表示。

        “可以說,一度制約煤分質(zhì)利用的幾大關(guān)鍵核心問題,現(xiàn)已全部得到解決,煤分質(zhì)利用已經(jīng)擁有較為堅實的技術(shù)支持?!比A煒如是說。

        效益較好贏得認可

        煤分質(zhì)利用示范項目較好的經(jīng)濟效益,顯著的節(jié)能環(huán)保效果、能源轉(zhuǎn)換效率,以及廣泛的外延特性,同樣令業(yè)界振奮。

        目前,國內(nèi)共有3家煤分質(zhì)利用示范企業(yè),分別是:陜煤化集團神木天元化工有限公司、內(nèi)蒙古慶華集團煤化工公司、黑龍江寶泰隆煤化工股份公司。這3家企業(yè)均以煤熱解為龍頭,然后對熱解產(chǎn)生的煤氣、煤焦油、焦炭進行深加工利用。其中,神木天元采用中低溫煤熱解工藝;寶泰隆選擇高溫煤熱解路徑;慶華集團同時采用煤中溫和高溫熱解兩種工藝。

        神木天元公司擁有年產(chǎn)135萬噸煤中低溫熱解、2.2萬噸精酚、50萬噸中低溫煤焦油加氫生產(chǎn)能力。自2010年4月投產(chǎn)以來,公司累計實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值176.3億元,實現(xiàn)利潤14億元。據(jù)該公司董事長毛世強介紹,2015年,在國內(nèi)成品油、焦炭及其他化工產(chǎn)品價格持續(xù)大幅下跌,傳統(tǒng)煤化工企業(yè)大面積虧損,現(xiàn)代煤化工企業(yè)微利甚至虧損經(jīng)營的情況下,神木天元各項經(jīng)濟指標雖有所下降,但依然實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值20.2億元,實現(xiàn)營業(yè)收入18.8億元,實現(xiàn)利潤四五千萬元。

        慶華集團、寶泰隆公司兩家煤分質(zhì)利用示范企業(yè)同樣取得了不俗業(yè)績。其中,寶泰隆公司2015年1~9月實現(xiàn)凈利潤8470萬元,同比激增1.46倍。而據(jù)慶華集團常務(wù)副總經(jīng)理陳學(xué)偉介紹,雖受油價低、稅負重等不利因素影響,2015年慶華集團利潤明顯縮水,但也會有上千萬元的利潤。

        煤分質(zhì)利用項目顯著的節(jié)能減排效果同樣令業(yè)界稱道。

        北京焦化廠原總工程師陳衛(wèi)國表示,煤的有用成分主要包括揮發(fā)分和固定炭。雖然國內(nèi)外煤的利用途徑很多,但無論是燃燒取暖發(fā)電,還是作為化工生產(chǎn)原料,均未對揮發(fā)分和固定炭進行分離,而是直接燃燒或氣化,不能發(fā)揮兩種成分的各自優(yōu)勢,導(dǎo)致煤的利用效率與能量轉(zhuǎn)化率低下、排放物多、環(huán)境污染重。但煤分質(zhì)利用則不同。它先通過熱解將固定炭和揮發(fā)分分離,再對其分別加工利用,從而最大限度利用了能源與資源,整個過程能源轉(zhuǎn)換率高達70%以上,真正實現(xiàn)了清潔高效利用。

        陜西省石化聯(lián)合會副會長胡海峰、延長石油集團高級顧問張積耀等專家則表示,無論傳統(tǒng)煤化工還是現(xiàn)代煤化工,合成氣中都存在碳多氫少的問題。為了實現(xiàn)碳氫平衡,煤化工企業(yè)不得不用超過1/4的煤生產(chǎn)氫氣。每生產(chǎn)1噸氫氣,又會產(chǎn)生22噸二氧化碳,導(dǎo)致煤化工二氧化碳排放量居高不下。而煤分質(zhì)利用項目,從煤氣或荒煤氣中提取氫氣,沒有為制氫單獨消耗煤炭,二氧化碳排放量因此大幅減少,綜合能耗顯著下降。

        陜西省化工學(xué)會名譽理事長賀永德以神木天元135萬噸/年煤中溫熱解聯(lián)產(chǎn)50萬噸/年中溫煤焦油加氫項目運行多年的實際數(shù)據(jù)為例分析表示,與直接或間接煤制油項目相比,煤分質(zhì)利用制油的綜合能耗相當于前者的2/3,二氧化碳排放量相當于前者的1/2,項目投資額為前者的1/3~1/2,50萬噸/年規(guī)模煤制油年減排二氧化碳量可達43萬噸。

        據(jù)陳學(xué)偉透露,已形成年產(chǎn)800萬噸潔凈煤、500萬噸煤熱解、66萬噸煤焦油加氫、20萬噸焦爐煤氣制甲醇、20萬噸甲醇制芳烴、10萬噸粗苯加氫、20萬噸己內(nèi)酰胺、200噸碳纖維、1億塊粉煤灰制磚生產(chǎn)能力的慶華集團,憑借完整的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈,年回收利用焦爐煤氣10.8億立方米,節(jié)約標煤50萬噸,減少二氧化硫排放量1.5萬噸。

        “在目前的情況下,分質(zhì)分級利用無疑是煤炭最合理的利用路徑和煤炭清潔高效利用的方向?!苯鹩勘硎?。

        金涌說,以煤熱解為龍頭的煤炭分質(zhì)分級利用,先通過溫和的物理方式,將煤中輕質(zhì)易揮發(fā)同時附加值高的部分“拔”出來,剩余部分該怎么用還怎么用,等于用最低的能量消耗獲得了高附加值產(chǎn)品。更為可貴的是,通過熱解獲得的煤焦油、煤氣、焦炭(半焦或焦粉)能夠方便地與傳統(tǒng)煤化工、現(xiàn)代煤化工、超超臨界發(fā)電、IGCC、城市熱電聯(lián)供、建材甚至石油化工對接耦合,實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)與不同工藝之間的優(yōu)勢互補,從而構(gòu)筑起跨行業(yè)發(fā)展的大煤化工構(gòu)架,使煤炭高效利用的途徑更豐富、前景更廣闊。

        政策惠顧前景可期

        煤分質(zhì)利用示范企業(yè)近幾年良好的表現(xiàn),也獲得了認可。

        2014年8月,國家發(fā)改委發(fā)布的《西部地區(qū)鼓勵類產(chǎn)業(yè)目錄》中,5大現(xiàn)代煤化工未能入列,而 “15萬噸/年及以上單套無水煤焦油深加工”列入其中。此前發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2011年本)》和《中西部地區(qū)外商投資優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)目錄(2013年修訂)》,也分別將煤焦油深加工和焦炭副產(chǎn)品綜合利用列入“鼓勵類”。由于煤焦油深加工或綜合利用均屬煤炭分質(zhì)利用的重要組成部分,因此,該《目錄》被解讀為國家鼓勵在西部地區(qū)發(fā)展煤分質(zhì)利用。

        2014年11月,國務(wù)院下發(fā)的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014~2020)》指出:要制定和實施煤炭清潔高效利用規(guī)劃,積極推進煤炭分級分質(zhì)梯級利用,加大煤炭洗選比重,鼓勵煤矸石等低熱值煤和劣質(zhì)煤就地清潔轉(zhuǎn)化利用。

        2015年1月,國家能源局、環(huán)保部、工信部聯(lián)合下發(fā)的《關(guān)于促進煤炭安全綠色開發(fā)和清潔高效利用的意見》指出:在條件適合地區(qū),積極推進煤炭分級分質(zhì)利用,優(yōu)化褐煤資源開發(fā),鼓勵低階煤提質(zhì)技術(shù)研發(fā)和示范,推廣低階煤產(chǎn)地分級提質(zhì),提高煤炭利用附加值。

        2015年7月,國家能源局發(fā)布《關(guān)于規(guī)范煤制燃料示范工作的指導(dǎo)意見》(第二次征求意見稿),大型煤提質(zhì)(熱解)技術(shù),包括干燥、熱解、焦油加工等成套技術(shù)等都位列該指導(dǎo)意見的6大示范內(nèi)容。

        一位參與《“十三五”煤炭規(guī)劃(草案)》編制工作的專家最近向筆者透露,利用熱解和煤焦油加氫技術(shù)生產(chǎn)石腦油和柴油餾分,不僅能增加我國油品供應(yīng),還為富煤缺水的西部地區(qū)找出了經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的路子。因此,《“十三五”煤炭規(guī)劃(草案)》將鼓勵利用新疆哈密、準東,陜西榆林等地含油量較高的低階煤或富流煙煤進行煤分質(zhì)利用試驗示范。

        而據(jù)謝克昌院士透露,煤分質(zhì)利用已被確定為煤炭高效利用的方向,國家科技部已將百萬噸煤定向熱解制高品質(zhì)焦油及煤氣確定為“十三五”重大科技攻關(guān)項目,要求2020年以前取得突破,建成百萬噸級示范項目。

        不久前國家環(huán)保部發(fā)布的《現(xiàn)代煤化工建設(shè)項目環(huán)境準入條件(試行)》指出:在現(xiàn)代煤化工示范階段,應(yīng)在煤炭分質(zhì)高效利用、資源能源耦合利用、污染控制技術(shù)等方面承擔環(huán)保示范任務(wù)。這也從一個側(cè)面證明,煤分質(zhì)利用將成為“十三五”煤化工發(fā)展和示范的重點。

        另據(jù)陜西省人大常委會副主任李金柱介紹,2014年四季度,陜西省及榆林市政府就向國家能源局遞交了一份《關(guān)于用榆林蘭炭(半焦)替代無煙塊煤助京津冀地區(qū)減霾的報告》。該報告得到有關(guān)部門的高度重視,并委托陜煤化集團等單位進行科學(xué)、客觀、翔實的調(diào)研論證。2015年初,一份翔實報告再度上報給國家能源局。報告認為,只要熱解過程采用了油洗和干法熄焦或清水熄焦,并踐行煤分質(zhì)分級利用的理念,不僅能確保生產(chǎn)過程高效清潔,也能保證所得半焦(焦粉)清潔,可以替代無煙塊煤用作民用燃料。

        “2015年以來,在環(huán)保部接連否決數(shù)個現(xiàn)代煤化工環(huán)評報告的情況下,煤分質(zhì)利用依然能夠受到政策鼓勵和投資者熱捧,表明煤分質(zhì)利用得到了認可。相信在不久的將來,一個能與現(xiàn)代煤化工及石油化工、電力、冶金、建材等諸多行業(yè)對接耦合、實現(xiàn)煤的清潔高效利用的新興產(chǎn)業(yè)會快速崛起?!标兠夯瘓F常務(wù)副總經(jīng)理尤西蒂充滿期待地說。

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