徐婕，鄭化安，張生軍，賈培軍

（陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究有限責(zé)任公司，陜西 西安710065）

產(chǎn)品與市場

國內(nèi)外煤熱解技術(shù)專利分析

徐婕，鄭化安，張生軍，賈培軍

（陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究有限責(zé)任公司，陜西 西安710065）

熱解技術(shù)作為煤炭清潔高效利用的核心技術(shù)之一，具有能效高、耗水少、投資低、環(huán)境友好等優(yōu)勢，發(fā)展熱解技術(shù)符合我國迫切尋求煤炭清潔利用技術(shù)的國情。本文對國內(nèi)外煤熱解技術(shù)相關(guān)專利進(jìn)行了檢索和統(tǒng)計，重點分析了煤熱解技術(shù)發(fā)展的總體趨勢、區(qū)域分布和重要專利人及其專利技術(shù)特點，以便于把握煤熱解技術(shù)的研究方向和重點領(lǐng)域，為我國熱解技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考依據(jù)。分析表明煤熱解技術(shù)處于技術(shù)成長期，專利布局日趨完善。國外熱解以流化床技術(shù)為主，而國內(nèi)技術(shù)多為回轉(zhuǎn)爐式熱解技術(shù)。熱解技術(shù)的主要問題為產(chǎn)品分離困難，現(xiàn)階段的解決思路是采用精細(xì)劃分熱解過程，分段收集產(chǎn)品，減少焦油停留時間等方法減少不同階段產(chǎn)品的混合從而緩解分離的壓力。熱解整體系統(tǒng)的趨勢為發(fā)展以熱解為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。

煤熱解；專利；分析

煤炭是我國的主體能源和重要的工業(yè)原料，在我國一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中長期占重要地位。2015年國家能源局發(fā)布的《煤炭清潔高效利用行動計劃（2015—2020）》指出，未來煤炭在一次能源消費中仍將占主導(dǎo)地位，必須進(jìn)一步提高煤炭清潔高效利用水平，而熱解技術(shù)即為煤炭清潔高效利用的核心內(nèi)容之一。熱解技術(shù)可在提取煤中揮發(fā)分制備油品或高附加值化學(xué)品的同時獲得比原煤更潔凈的熱解焦（潔凈煤），具有能效高、耗水少、投資低、環(huán)境友好等優(yōu)勢。熱解技術(shù)作為現(xiàn)在研究的熱點，已有大量專利獲得授權(quán)。通過對國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的專利進(jìn)行檢索和分析，可以把握煤熱解技術(shù)的研究方向和重點領(lǐng)域，為我國熱解技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考依據(jù)。

圖1 專利總體態(tài)勢圖

1 煤熱解技術(shù)專利總體情況分析

本研究專利數(shù)據(jù)來源于國家知識產(chǎn)權(quán)局的中外專利數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺和歐洲專利局專利檢索平臺。采用主題詞與專利分類號相結(jié)合構(gòu)建檢索式進(jìn)行檢索。檢索的范圍不包括高溫?zé)峤饧夹g(shù)、煤和生物質(zhì)或煤和垃圾共熱解技術(shù)，本文樣本采集的時間截至2015年12月1日。

1.1 專利總體態(tài)勢

年度申請專利數(shù)量及年度專利公開數(shù)量如圖 1中所示，由于專利一般從申請到公開需要長達(dá) 18個月甚至3年的時間，因此公開專利曲線的趨勢略晚與申請專利曲線。由圖1可知，煤熱解技術(shù)專利早在20世紀(jì)初出現(xiàn)，20世紀(jì)20至30年代迎來了熱解技術(shù)發(fā)展的第一高峰期；1970—1980年，進(jìn)入熱解技術(shù)的第二高峰期；2010年之后，隨著傳統(tǒng)煤轉(zhuǎn)化技術(shù)無法到達(dá)日益增高的環(huán)境要求，煤熱解技術(shù)呈現(xiàn)迅速發(fā)展的勢頭，一直延續(xù)至今。

1.2 技術(shù)生命周期

對于技術(shù)生命周期的研究，可以幫助確定當(dāng)前技術(shù)所處的發(fā)展階段、預(yù)測技術(shù)發(fā)展極限，從而進(jìn)行有效技術(shù)管理。

從圖 2所示的煤熱解技術(shù)生命周期圖可以看出，從1905年開始到2008年，煤熱解專利數(shù)量和申請人數(shù)量一直較少，技術(shù)處于萌芽階段，企業(yè)投入意愿較低，僅有少數(shù)幾個企業(yè)參與技術(shù)研發(fā)，且來自不同領(lǐng)域和行業(yè)。2009年之后，進(jìn)入技術(shù)成長期，申請人數(shù)量和專利的申請數(shù)量急劇上升，進(jìn)一步分析 2009～2014年申請專利量和申請人數(shù)量的比例，分別為1.48，1.60，1.46，1.77，1.96，1.81。這說明在剛進(jìn)入技術(shù)成長期時，大量申請人進(jìn)入該領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，技術(shù)集中度低，技術(shù)分布的范圍大，隨著技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)的集中度有收攏的趨勢，說明部分申請人被淘汰同時亦有部分申請人技術(shù)有所突破，專利申請量增加。目前，煤熱解技術(shù)仍處于成長期，專利數(shù)量仍然增大迅速。

圖2 煤熱解技術(shù)生命周期圖

2 專利區(qū)域分布地圖

2.1 各國專利份額比較

從區(qū)域構(gòu)成分析（圖3）可知，中國申請的專利量最大，占46.01%，英國、美國、德國、日本依次遞減分別占比為 17.05%、10.11%、8.65%和5.56%。由圖 3可知，中國在煤熱解技術(shù)方面的專利數(shù)量最多，說明中國在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究，這與中國的能源賦存結(jié)構(gòu)具有密切的關(guān)系，中國煤炭在一次能源占比巨大，迫切需求煤炭清潔利用新途徑的突破。中國針對熱解技術(shù)的研究始于20世紀(jì)50年代，但由于我國的專利法于1985年開始實施，因此早期的技術(shù)并沒有申請專利。對比熱解技術(shù)發(fā)展的歷程，中國熱解技術(shù)起步明顯晚于其他國家，因此國外的專利技術(shù)特點與發(fā)展情況對中國的熱解技術(shù)發(fā)展具有重要的借鑒意義。

圖3 世界熱解專利申請區(qū)域分析

2.2 市場分布

中國、美國、日本、德國作為煤熱解專利規(guī)模最大的國家，其對世界市場的爭奪也非常激烈。除了對本國進(jìn)行專利保護(hù)外，為了后期技術(shù)在國外的推廣，就必須在該地區(qū)申請相關(guān)煤熱解專利以求獲得知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。因此，專利申請國同族專利的申請可以反映出其市場戰(zhàn)略。

由圖4可知，中國作為專利申請第一大國家除在本國申請外，同時重點關(guān)注澳大利亞、歐洲、國際專利體系（PTC）、英國和美國等國的技術(shù)市場，但在日本的專利布局不夠，日本作為煤熱解專利的主要申請國之一，其技術(shù)市場不容小覷。英國雖然專利總數(shù)上較多，但在國外市場的保護(hù)力度卻相對較弱，這是因為英國的專利主要集中在20世紀(jì)30年代，當(dāng)時各國的專利組織尚不健全，不利于技術(shù)的保護(hù)。美國、日本、德國在國外市場的保護(hù)力度上相較于其他國家較強(qiáng)，尤其是美國除了在本國外，其專利布局同時涉及十幾個國家和專利組織，在澳大利亞、英國等多個國家都構(gòu)建了強(qiáng)大的專利保護(hù)。

圖4 熱解技術(shù)主要專利國家專利全球布局

同時英國和澳大利亞是重點的技術(shù)關(guān)注市場。英國作為煤熱解技術(shù)的最早研發(fā)國家，早期代表了技術(shù)發(fā)展的方向，各國在相應(yīng)的技術(shù)得到發(fā)展后均在英 國申請專利，因此各國在英國申請的專利時間集中在1930—1980年之間，后期隨著英國自身熱解技術(shù)關(guān) 注度的減弱，其他國家也相應(yīng)減少了在英國的專利保護(hù)。近年來，中、德、法、英、日、美等多國均在澳大利亞開展了專利技術(shù)保護(hù)。結(jié)合澳大利亞資源環(huán)境和技術(shù)發(fā)展形勢分析，澳大利亞富產(chǎn)褐煤，褐煤需經(jīng)過干燥提質(zhì)才能實現(xiàn)其清潔高效的利用，同時澳大利亞本國干燥提質(zhì)技術(shù)相對于其他國家研究力度較弱，因此各國十分重視澳大利亞市場的競爭。

3 煤熱解技術(shù)中國專利統(tǒng)計分析

中國知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索數(shù)據(jù)庫收錄了中國知識產(chǎn)權(quán)局自1985年9月以來分布的全部中國專利信息，包括發(fā)明、實用新型和外觀設(shè)計3種專利。

3.1 中國專利年度申請量分析

對檢索到的煤熱解專利按申請年度進(jìn)行統(tǒng)計，如圖5所示。從專利申請數(shù)量來看，2008年以前每年專利申請量不到10件，2009年后專利申請量大幅提升，2014年申請量達(dá)到峰值。鑒于發(fā)明專利從受理到公開有18個月的時滯，2014—2015年申請的專利尚未全部公開，申請量無法從圖中完整呈現(xiàn)，因此，還無法準(zhǔn)確獲知其專利申請數(shù)量。盡管如此，從圖中仍能看出2014年已經(jīng)達(dá)至新的申請數(shù)量，2015年專利申請也已經(jīng)處于較高的申請量。從總的發(fā)展態(tài)勢來看，2008年以前煤熱解技術(shù)在我國基本上處于初始研究階段，2009年后專利申請量保持較快增長態(tài)勢，進(jìn)入一個新的技術(shù)發(fā)展階段。

圖5 中國熱解技術(shù)專利年度走勢

3.2 中國熱解技術(shù)專利類別分析

在我國，專利包括發(fā)明專利、實用新型專利和外觀設(shè)計專利3個類別。對本次分析專利樣本的類別進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)明專利與實用新型的比例分別為 64.23%和35.77%，無外觀設(shè)計專利。從這個分布可以看出，我國煤熱解領(lǐng)域原創(chuàng)性的發(fā)明專利超過了實用新型專利，說明行業(yè)的關(guān)注點依然在技術(shù)要點的攻克。

3.3 中國熱解專利技術(shù)構(gòu)成分析

按照國際專利（IPC）分類號統(tǒng)計，煤熱解中國專利的主要技術(shù)構(gòu)成見表1。由表1可見，煤熱解專利的技術(shù)方向比較集中在C10B53（粉煤干餾生產(chǎn)煤氣、焦炭、焦油或類似物）技術(shù)方向，說明該方向是熱解技術(shù)主要的關(guān)注點，創(chuàng)新活躍，技術(shù)競爭也更加激烈。此外C10B49、C10B47和C10B51的熱解供熱方式也是研究熱點之一，關(guān)于供熱方式的研究占專利總量的14.59%，其中采用熱載體（C10B49）的供熱方式所占比例最大，達(dá)7.39%。

表1 煤熱解中國專利的主要技術(shù)構(gòu)成

3.4 中國主要專利申請人分析

由于熱解技術(shù)尚處于快速發(fā)展期，因此專利申請人的數(shù)量以及專利數(shù)量均處于高位，而且各申請人之間競爭激烈，因此本文對位于前30名的申請人進(jìn)行統(tǒng)計分析。前30名的申請人包括7所大學(xué)依次是長安大學(xué)、太原理工大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院、中國礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū)、大連理工大學(xué)、西安科技大學(xué)；一個中國科學(xué)院研究所中科院過程所；兩位個人申請人，分別為何巨堂和王樹寬；其余皆為企業(yè)。

前30名申請人呈現(xiàn)出以下特點：中國申請人占據(jù)全部席位，未見國外申請人，說明目前國內(nèi)的市場主要是本國技術(shù)的競爭；企業(yè)為主要研究力量和創(chuàng)新投入的主體，個人研究者也占據(jù)一席之地，而高校投入相對參與程度較低。

進(jìn)一步對前30名申請人在煤熱解領(lǐng)域的專利申請類別進(jìn)行統(tǒng)計（表 2）。大部分申請人即申請了技術(shù)含量較高的發(fā)明專利，也申請了技術(shù)含量較低的實用新型專利，其中個人和高校傾向申請技術(shù)含量較高的發(fā)明專利。目前申請專利的授權(quán)比例較高，這是由于目前技術(shù)尚未成熟，存在大量可創(chuàng)新的技術(shù)點。

4 國內(nèi)外主要申請人技術(shù)特點分析

4.1 國外主要申請人技術(shù)特點分析

由于國外技術(shù)發(fā)展時間長，因此在技術(shù)發(fā)展的方向、趨勢以及技術(shù)關(guān)注點均對我國的技術(shù)研發(fā)具有重要的借鑒意義，此處主要針對國外的主要申請人和技術(shù)特點進(jìn)行分析。著重分析國外申請人申請的專利情況，根據(jù)申請專利數(shù)量分析其中主要的申請人包括日本（藍(lán)色線，見圖 6，下同）的新日本制鐵公司（Nippon Steel Corp）、三菱工業(yè)（Mitsubishi Jukogyo KK）和日本鋼管公司（Nippon Kokan KK），德國（橙色線）的法本化學(xué)工業(yè)股份公司（I G Farbenindustrie AG）、斯坦米勒股份有限公司（Steinmueller GMBH L&C）和礦業(yè)聯(lián)會股份有限公司（Bergwerksverband GMBH），美國（綠色線）的美國工程咨詢公司（Consultants INC USS ENGS）和美國環(huán)球石油產(chǎn)品公司（UOP LLC），英國（黑實線）的煤炭工業(yè)專利有限公司（Coal IND Patents LTD），以及澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization）（棕紅色線）。

表2 前30名申請人專利類別分布

如圖6分析，德國申請人的專利相對申請時間較早，其中法本化學(xué)工業(yè)股份公司的專利主要分布在1925—1935年之間，斯坦米勒股份有限公司和礦業(yè)聯(lián)合股份有限公司的專利分布在 1975—1980年之間；英國的煤炭工業(yè)專利有限公司的專利申請時間也集中在1970—1985年之間；美國在20世紀(jì)70年代主要是美國工程咨詢公司申請的專利，近年來主要為美國環(huán)球石油產(chǎn)品公司申請的專利；澳大利亞申請人相對申請量較低，主要是澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織，在2003年申請的3篇專利，日本申請人相對與其他各國活躍度明顯較強(qiáng)，新日本制鐵公司從1975年之后就保持著持續(xù)的活躍性，2010年之后三菱工業(yè)連續(xù)申請了多篇專利。

由于熱解技術(shù)目前尚未完全實現(xiàn)工業(yè)化運行，因此對于熱解技術(shù)的分類也未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)目前熱解技術(shù)的關(guān)注點，本文通過原料、爐型、加熱方式、目標(biāo)產(chǎn)品等幾個方面劃分熱解工藝的類型，在分析主要申請人時增加對于技術(shù)申請時間的分析，從而說明技術(shù)的發(fā)展趨勢。

圖6 熱解技術(shù)國外主要專利人專利數(shù)量趨勢圖

德國的法本化學(xué)工業(yè)股份公司是 20世紀(jì)早期化學(xué)和石油工業(yè)中的大壟斷組織，于1925年成立，前身為1904年創(chuàng)立的法本化學(xué)公司。早期的專利往往是具有原始創(chuàng)新性的核心專利。法本化學(xué)工業(yè)股份公司的專利［1-4］主要是采用熱解的方式從煤以及類似物獲得焦油和煤氣，以及焦油加工和煤氣的凈化方式。該公司在二戰(zhàn)期間積極支持希特勒對外侵略，壟斷了德國人造汽油和人造橡膠的生產(chǎn)，因此也推動了熱解技術(shù)的發(fā)展。礦業(yè)聯(lián)會股份有限公司的專利涉及熱解工藝、熱解裝置及操作方式和熱解煤氣凈化等多方面內(nèi)容。該公司的熱解技術(shù)［5-6］是針對小粒徑煤的熱解工藝，采用臥式流化床反應(yīng)器，產(chǎn)品半焦經(jīng)過燃燒副產(chǎn)水蒸氣，高溫煤灰循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器作為熱載體。臥式流化床反應(yīng)器作為干燥的主要設(shè)備之一具有減少物料顆粒粉碎率的優(yōu)點，礦業(yè)聯(lián)會股份有限公司為了有效防止煤粒的揚塵和粉化還申請采用添加焦油減少煤粒粉化的專利［7］。斯坦米勒股份有限公司早期申請的專利是采用熱解技術(shù)實現(xiàn)煤的脫硫［8］，隨著技術(shù)的發(fā)展，后期提出采用氣體熱載體方式的流化床熱解技術(shù)，同時可以采用雙流化床結(jié)合的方式，其中一個流化床實現(xiàn)煤的快速燃燒或氣化產(chǎn)生氣體為熱解提供熱量［9-10］，該公司十分重視技術(shù)市場的保護(hù)，同族專利在英國、美國、加拿大、法國、南非、巴西多地均有申請。

英國的煤炭工業(yè)專利有限公司專利技術(shù)可以分為兩類，即熱解抽提和加氫熱解。熱解抽提［11-12］的目標(biāo)產(chǎn)品為半焦，可得到低灰、低揮發(fā)分的半焦產(chǎn)品。加氫熱解［13］的目標(biāo)產(chǎn)品是高收率高品質(zhì)的焦油。在其中的一篇專利中提到了具體的熱解方式采用流化床加氫熱解［14］，煤的停留時間為1～30min，油氣的停留時間為1～20s。

澳大利亞的專利申請人有別于德國，日本和美國以企業(yè)為主要研發(fā)力量，其以國家科研機(jī)構(gòu)澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織為主要研發(fā)單位，該熱解技術(shù)簡稱CSIRO。技術(shù)主要是采用對低階煤的熱解［15］制備冶金焦的技術(shù)［16］，該熱解技術(shù)采用固體熱載體的流化床熱解方式。

美國的美國工程咨詢公司在1972年在多國對其技術(shù)進(jìn)行了專利保護(hù)。該技術(shù)特點為采用流化床、氣體熱載體熱解的方式，氣體為富氫氣氛，氫含量大于20%，通過分離得到輕油、乙烷、乙烯、甲烷，重油與半焦炭化制冶金焦，美國工程咨詢公司是美國鋼鐵在 1969年設(shè)立的一家子公司，現(xiàn)在改名為UEC Technologies，主要是冶金方向的咨詢業(yè)務(wù)，煤炭和焦炭尚處于實驗室服務(wù)階段。2014年美國環(huán)球石油產(chǎn)品公司申請了多篇關(guān)于熱解的專利［17-20］，除了在美國申請了專利外，還申請了PCT專利，其技術(shù)包括煤熱解技術(shù)、油氣分離、焦油加氫、氣化提供氫源的加氫熱解等，著重關(guān)注整體的物料循環(huán)。

日本的新日本制鐵公司是在熱解技術(shù)中活躍度最高的企業(yè)，該公司從1977年起開始申請有關(guān)熱解技術(shù)的專利，歷時三十年一直有相關(guān)的專利持續(xù)申請。新日本制鐵公司是國際市場競爭力最強(qiáng)的鋼鐵企業(yè)之一，無論從企業(yè)的研發(fā)能力、管理水平、還是從產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)含量方面來講，都堪稱鋼鐵界的一面旗幟。新日鐵公司的熱解技術(shù)也是與其主體技術(shù)相配套的技術(shù)，有意通過熱解技術(shù)將高揮發(fā)分的不粘結(jié)性煤用于高爐煉焦，降低高爐焦煤的成本。因此新日鐵的熱解專利大致可以劃分為兩類：一類是熱解工藝的研發(fā)；另一類是將半焦如何用于制備冶金焦。針對半焦制備冶金焦的專利主要涉及制備方法及工藝，預(yù)期達(dá)到增加非黏性煤的比例、環(huán)保的制焦煤預(yù)處理成型方法、防止半焦的粉化、提高冶金焦的強(qiáng)度、減少氮氧化物排放等問題［21-25］。分析其熱解工藝的專利，可清晰劃分出不同時間采用的不同熱解技術(shù)，在1984年申請的專利采用立式爐熱解，關(guān)注立式爐的布?xì)饧胺糯髥栴}，相關(guān)后續(xù)研究提出采用間接加熱的移動床實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)［26-27］；1991年提出快速熱解技術(shù)，采用氣流床的熱解方式［28］；1992年，進(jìn)一步提出熱解氣化同爐分區(qū)操作，通過控制氣化條件達(dá)到控制快速熱解的溫度［29］；1995年申請的專利中提出采用半焦氣化氣為煤的快速熱解過程供熱［30］；2007年在熱解氣化同爐分區(qū)操作的基礎(chǔ)上在氣化段增加預(yù)熱段，提供原煤的適應(yīng)性［31］。同期還申請了有關(guān)關(guān)于焦油回收、分離方法的專利。2010年以后日本有關(guān)熱解的專利主要是三菱工業(yè)申請的，該公司熱解技術(shù)采用的是回轉(zhuǎn)窯爐間接加熱的方式，可有效脫除煤中的有害物質(zhì)［32-33］。

4.2 國內(nèi)主要申請人技術(shù)特點分析

國內(nèi)熱解技術(shù)申請人眾多，綜合考慮專利申請人的申請數(shù)量，授權(quán)情況以及技術(shù)工業(yè)化程度，對已完成中試試驗的技術(shù)進(jìn)行技術(shù)特點分析。

（1）陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院從 2013年開始申請了熱解技術(shù)的一系列專利，包括熱解工藝、熱解煤氣凈化、焦油回收、熱解產(chǎn)物利用等技術(shù)。其中“一種煤熱解氣化耦合一體化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及工藝”，“一種全方法煤炭分質(zhì)利用多聯(lián)產(chǎn)的系統(tǒng)及方法”兩篇專利作為該單位的核心專利［34-35］。主要從能源與產(chǎn)業(yè)優(yōu)化方向定義了熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)體系，目前均已授權(quán)?；诿簾峤鈿饣惑w化的核心思路開展了萬噸級的氣化熱解一體化技術(shù)實踐——氣化-低階煤熱解一體化（CGPS）技術(shù)，該技術(shù)以粉煤為原料，采用常壓氣化爐和帶式爐熱解技術(shù)實現(xiàn)熱解氣化的耦合，利用高溫氣化氣為熱解單元的熱載體，冷煤氣作為熄焦介質(zhì)，系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)化效率達(dá)92.50%。目前正在編制CGPS技術(shù)的百萬噸級工藝包，逐級放大，考察系統(tǒng)的穩(wěn)定性與裝置可靠性。

（2）北京神霧環(huán)境能源科技集團(tuán)股份有限公司

神霧集團(tuán)的熱解技術(shù)主要采用蓄熱式的加熱方式，先后申請了蓄熱式流化床反應(yīng)器和蓄熱式旋轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器兩種不同爐型的專利［36-37］。采用蓄熱式可避免其他物質(zhì)帶入系統(tǒng)，所得產(chǎn)品熱值量高，利于后續(xù)利用。該公司的核心技術(shù)為蓄熱式輻射管技術(shù)，因此除了專利中涉及的流化床和旋轉(zhuǎn)爐外，還可模塊化處理實現(xiàn)下行床和輻射管的組合等。目前在內(nèi)蒙古建成40萬噸/年的蓄熱式無熱載體旋轉(zhuǎn)床熱解裝置，原料粒徑為6～50mm，焦油收率達(dá)葛金收率的87%，360℃餾分以下的油品占液體產(chǎn)品的70%，有效氣含量達(dá)82%。

（3）河南龍成煤高效技術(shù)應(yīng)用有限公司 河南龍成熱解工藝使用的是間熱式的回轉(zhuǎn)爐工藝［38］，與傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)爐不同，其內(nèi)筒上設(shè)有螺旋形凸塊，增加粉煤的攪動和傳動的效率，以提高熱量向粉煤的傳遞效率及生產(chǎn)效率。同時該申請人還申請了相關(guān)的煤物質(zhì)分解油氣除塵設(shè)備，該技術(shù)采用下料的煤炭顆粒緩降槽作為顆粒除塵器［39］，實現(xiàn)油氣除塵功效。目前龍成公司的熱解裝置單系統(tǒng)處理量達(dá) 50萬噸/年，熱載體采用的是熱煤氣，油氣分離實現(xiàn)4mm以上灰分離，能效轉(zhuǎn)換率達(dá)90.7%。

（4）山東天力干燥股份有限公司 山東天力公司的主營業(yè)務(wù)是針對褐煤的干燥以及低階煤的低溫?zé)峤饧夹g(shù)的研發(fā)及推廣。該申請人也是選用間熱式的回轉(zhuǎn)爐工藝［40-41］，與河南龍成的技術(shù)的區(qū)別在于該技術(shù)采用多管式的換熱方式，通過外夾套加熱與內(nèi)部換熱加熱的有機(jī)集合，提高整體熱效率。為了進(jìn)一步提高干餾過程中產(chǎn)生的煤焦油等化工原料提出了多級多管回轉(zhuǎn)爐熱解工藝［42］，以提高煤的綜合利用率。

（5）湖南華銀能源技術(shù)有限公司 湖南華銀公司的LCC低階煤提質(zhì)技術(shù)是在美國LFC［43］技術(shù)上改進(jìn)而來的。該技術(shù)采用的是氣體熱載體的攪拌轉(zhuǎn)底爐（主旋轉(zhuǎn)篦式熱解器），熱解爐底部可以沿軸心旋轉(zhuǎn)，內(nèi)含犁式機(jī)械攪拌器增強(qiáng)煤粉的分散和傳熱，通過水封防止煤氣的逸出，原料適用于3～70mm［44］的粒煤。后續(xù)在其技術(shù)上逐漸改進(jìn)，增加旋轉(zhuǎn)篦式干燥爐和激冷盤，將干燥與熱解工段分開，提高焦油收率［45］；在爐體支撐處增加圓形鋼制軌道，以滿足大盤面的支撐便于設(shè)備的放大，水封處增加鱗片擋板，防止煤粉進(jìn)入水封，保證設(shè)備的長周期運行［46］；進(jìn)一步采用雙層空間網(wǎng)狀桁架支撐結(jié)構(gòu)來消除熱應(yīng)力對設(shè)備的影響［47］。目前該技術(shù)示范規(guī)模達(dá)到30萬噸/年，并獲得100萬噸/年裝置的工業(yè)許可。

（6）神華集團(tuán)有限責(zé)任公司、北京低碳清潔能源研究所 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司在 2013年以前與中國神華煤制油化工有限公司合作，2014年之后與北京低碳清潔能源研究所合作，共申請多篇專利。神華的熱解技術(shù)采用的是回轉(zhuǎn)窯爐的爐型，系統(tǒng)一般包括干燥回轉(zhuǎn)窯、熱解回轉(zhuǎn)窯和加熱回轉(zhuǎn)窯，加熱回轉(zhuǎn)窯中實現(xiàn)熱半焦的升溫為熱解提供固體熱載體［48-49］。后續(xù)專利中為了改善固體熱載體粉化的問題，對半焦進(jìn)行粒徑劃分，大顆粒半焦作為熱載體進(jìn)入加熱回轉(zhuǎn)窯升溫循環(huán)［50］，并增加回轉(zhuǎn)窯熄焦裝置增加系統(tǒng)的余熱回收［51］，同時為了提高焦油收率、避免焦油引起的堵塞，將熱解回轉(zhuǎn)窯劃分為預(yù)熱段、第一熱解段和第二熱解段，第一熱解段為焦油釋出的位置，并在第一熱解段和第二熱解段中設(shè)油氣出口來縮短焦油在系統(tǒng)中的停留時間，減少焦油二次裂化和結(jié)焦，提高焦油收率［52］。

（7）北京國電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司 北京國電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司先后與北京中能華源投資有限公司、錫林浩特國能煤干燥有限公司以及北京國能普華環(huán)保工程技術(shù)有限公司申請了多篇熱解技術(shù)相關(guān)專利。國電富通的技術(shù)是基于傳統(tǒng)立式爐的改進(jìn)，改進(jìn)內(nèi)容包括內(nèi)燃式供熱改為外燃內(nèi)熱供熱，采用多段分層的熱解方式來有效降低系統(tǒng)壓力并擴(kuò)大原料粒徑適應(yīng)性［53-54］。目前正在運行的爐型單套規(guī)?？蛇_(dá)到50萬噸/年，原料粒徑為0～150mm，其中小于 0.1mm的比例可達(dá) 13%，小于0.2mm的比例達(dá)30%。

（8）浙江大學(xué) 浙江大學(xué)的熱解選用的是流化床熱解工藝，根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品不同，可以采用不同的工藝流程。以煤氣、焦油、半焦為目標(biāo)產(chǎn)品時［55］，使用流化床熱解爐和流化床半焦加熱爐相結(jié)合的方式，高溫半焦作為熱載體為熱解過程供熱；以焦油、熱解煤氣和合成氣為目標(biāo)產(chǎn)品時［56］，使用流化熱解爐、流化氣化爐和流化燃燒爐耦合的方式，熱解產(chǎn)生的半焦經(jīng)過流化床氣化，氣化殘?zhí)吭俳?jīng)燃燒生成高溫煤灰，高溫煤灰作為固體熱載體進(jìn)入熱解爐供熱。目前現(xiàn)有裝置原煤用量為11t/h，能量轉(zhuǎn)化率為86.6%。

（9）陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司、華陸工程科技有限責(zé)任公司 神木天元公司和華陸工程公司共同申請了關(guān)于熱解的多篇專利，目前尚均處于實質(zhì)審查階段。天元公司的熱解技術(shù)采用的是回轉(zhuǎn)熱解爐的方式［57］，原煤處理30mm以下的粒徑，根據(jù)專利申請的范圍回轉(zhuǎn)熱解爐可采用直接加熱、間接加熱和直接間接相結(jié)合的方式。目前建成的6t/h的中試裝置采用的是間接加熱的方式，中試裝置中能效轉(zhuǎn)換率大于80%。神木天元和熱解相配套的延遲焦化技術(shù)也申請了相關(guān)專利，該技術(shù)將干餾之后未經(jīng)處理的油氣直接經(jīng)過延遲焦化以解決熱解油氣難以凈化和容易堵塞管道的問題［58］。

（10）大連理工大學(xué)、神木富油能源科技有限公司 大連理工大學(xué)的熱解研究始于1981年，2008年與神木富油公司合作共同開發(fā)熱解技術(shù)。其熱解技術(shù)采用的是固體熱載體的移動床熱解技術(shù)［59］。原煤經(jīng)過干燥，與高溫半焦混合在移動床反應(yīng)器中熱解，為了解決固體熱載體法引起的床層高度增加，焦油收率下降的問題，引入了導(dǎo)引式氣提技術(shù)強(qiáng)化油氣加速導(dǎo)出。目前該技術(shù)建成的單套裝置規(guī)模達(dá)60萬噸/年。并配套神木富油自有全餾分加氫技術(shù)，可對煤焦油進(jìn)一步提質(zhì)加工，生產(chǎn)石腦油、柴油等燃料油［60］。

（11）中國科學(xué)院過程工程研究所 中科院過程所為了克服外熱式間接加熱熱解反應(yīng)器存在的傳熱速率慢以及熱解碎粉物料時存在的熱解氣逸出阻力大、停留時間長而導(dǎo)致焦油產(chǎn)率低、品質(zhì)差的問題，提出了一種內(nèi)構(gòu)件移動床熱解技 術(shù)［61-62］。在熱解反應(yīng)器中的含碳物質(zhì)充填層中設(shè)置若干傳熱性能好、耐高溫的板式內(nèi)構(gòu)件，至少內(nèi)構(gòu)件的一端或一側(cè)與熱解反應(yīng)器的高溫或加熱壁面緊密接觸，另一端直接與含碳物質(zhì)接觸，熱量由高溫反應(yīng)器的邊壁快速傳向內(nèi)構(gòu)件，從而經(jīng)內(nèi)構(gòu)件快速加熱含碳物質(zhì)，板式內(nèi)構(gòu)件壁面與含碳物質(zhì)間構(gòu)成間隙，提供熱解氣相產(chǎn)物的排出通道。專利中包含的反應(yīng)器類型可以是固定床、流動床或流化床。該技術(shù)在100kg級中試試驗中，焦油收率可到葛金收率的90.3%，輕油比例大于 70%，甲苯不溶物小于 1%。目前正在建設(shè)的工業(yè)化裝置單套規(guī)模為50萬 噸/年。

5 結(jié) 語

（1）煤熱解技術(shù)處于技術(shù)成長期 熱解技術(shù)具有上百年的歷史，21世紀(jì)以前該技術(shù)一直處于萌芽期，2009年之后進(jìn)入了技術(shù)成長期，專利數(shù)量和申請人都大幅度提高，技術(shù)發(fā)展迅速，其中中國的專利數(shù)量增長速度最快，但德、英、日、美等多國技術(shù)發(fā)展時間長，技術(shù)積累豐富，對我國的熱解技術(shù)發(fā)展具有重要的借鑒意義。

（2）專利布局日趨完善 隨著專利知識與市場競爭意識的增強(qiáng)，各專利國除關(guān)注本國的專利申請外，在技術(shù)的潛在市場也進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)保護(hù)，其中澳大利亞是各國共同關(guān)注的熱門市場。

（3）國內(nèi)外技術(shù)特點存在差異性 國內(nèi)外的專利申請人均以企業(yè)為主，熱解技術(shù)發(fā)展初期獲得技術(shù)突破的均為立式爐熱解工藝，隨著技術(shù)的發(fā)展國外申請的技術(shù)多為氣體熱載體、流化床熱解技術(shù)，國內(nèi)關(guān)注度最高的則為回轉(zhuǎn)窯式熱解技術(shù)。

（4）熱解技術(shù)的發(fā)展方向 針對熱解過程中產(chǎn)品收集、分離及后續(xù)利用等關(guān)鍵問題，根據(jù)專利信息分析精細(xì)劃分熱解過程，分段收集產(chǎn)品，減少焦油停留時間是解決問題的主要手段；針對整體系統(tǒng)的優(yōu)化，以熱解為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，采用燃燒、氣化技術(shù)與熱解技術(shù)向結(jié)合，可實現(xiàn)熱電化多聯(lián)產(chǎn)，提高體系的能效利用率。

（5）國內(nèi)熱解技術(shù)存在的問題 目前由于專利申請人眾多，存在大量重復(fù)的工作，建議形成專利池，集中研發(fā)力量有效推進(jìn)技術(shù)發(fā)展；加強(qiáng)高校及科研機(jī)構(gòu)的研發(fā)力量，通過基礎(chǔ)理論試驗進(jìn)一步支撐熱解技術(shù)的發(fā)展。

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［51］ 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京低碳清潔能源研究所. 一種碎煤熱解和干熄焦的方法及方法：201410378385［P］. 2014-08-01.

［52］ 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京低碳清潔能源研究所. 煤熱解裝置：201410616364［P］. 2014-11-05.

［53］ 北京國電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司，北京中能華源投資有限公司. 外燃內(nèi)熱式煤干餾爐：200920222643［P］. 2009-09-15.

［54］ 北京國電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司. 一種間接換熱的煤干餾工藝： 201410307533［P］. 2014-06-30.

［55］ 浙江大學(xué). 基于流化床熱解技術(shù)的煤氣焦油半焦蒸汽多聯(lián)產(chǎn)方法：201210064139［P］. 2012-03-12.

［56］ 浙江大學(xué). 三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用方法：201110352145［P］. 2011-11-09.

［57］ 陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司. 一種粉煤干餾熱解和延遲焦化組合分質(zhì)利用技術(shù)：201310419255［P］. 2013-09-13.

［58］ 陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司，華陸工程科技有限責(zé)任公司. 一種帶煤氣循環(huán)的回轉(zhuǎn)爐低階粉煤熱解提質(zhì)方法：201510173317［P］. 2015-04-13.

［59］ 大連理工大學(xué)，中國化學(xué)工程股份有限公司，神木富油能源科技有限公司. 一種導(dǎo)引式氣提強(qiáng)化油汽加速導(dǎo)出的煤固體熱載體熱解方法及系統(tǒng)：201210059029［P］. 2012-03-08.

［60］ 神木富油能源科技有限公司. 粉煤熱解中低溫煤焦油制取燃料油的方法： 201310419477［P］. 2013-09-13.

［61］ 中國科學(xué)院過程工程研究所. 一種含碳物質(zhì)熱解的強(qiáng)化方法及熱解裝置：201110098415.3［P］. 2011-04-20.

［62］ 中國科學(xué)院過程工程研究所. 一種用于寬粒徑分布煤的干餾裝置及方法：201210069945［P］. 2012-03-16.

Analysis on the patent information of coal pyrolysis

XU Jie，ZHENG Huaan，ZHANG Shengjun，JIA Peijun
（Shaanxi Coal and Chemical Technology Institute Co.，Ltd.，Xi'an 710065，Shaanxi，China）

The coal pyrolysis as one of the core technology of high efficient and clean utilization of coal，has advantages of high-efficiency，low-water，low-investment，low-pollution，etc. The development of coal pyrolysis accords with national conditions of looking for the high efficient and clean utilization of coal. In this paper，the patents about coal pyrolysis both in China and abroad are retrieved and gathered statistics. To provide reference for the development of coal pyrolysis in our country，this paper analyses the general trend，areal distribution，main patentees and technical characteristics，and grasps the research direction and key fields. The paper indicates that the coal pyrolysis has stepped into the growth period and the patent layout is more complete. Pyrolysis is given priority to with fluidized bed technology abroad，while the domestic technology is rotary furnace pyrolyzer. The difficulty of product separation is the key technique barrier. The current solution is to decrease the products mixing in different stages by more refine process control，step-product collection and reducing tar residence time to relieve the pressure on separation. The overall system trends to develop coal pyrolysis-polygeneration.

coal pyrolysis；patent；analysis

TQ 523

A

1000-6613（2016）10-3367-10

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.10.050

2016-01-06；修改稿日期：2016-07-08。

及聯(lián)系人：徐婕（1985—），女，博士，工程師，研究方向為煤轉(zhuǎn)化。E-mail xuj0129@163.com。