煤炭分质利用缘何“热得快”

文/陈继军 陈光达

煤炭分质利用缘何“热得快”

文/陈继军 陈光达

随着油价下跌和煤化工产品竞争力减弱，煤化工正悄然降温。据中国石化联合会2011年8月公布的数据，当时全国在建拟建的煤制烯烃、煤制油和煤制气产能分别高达2800万吨、4000万吨和1500亿立方米；但以目前开展前期工作和正在建设的项目推算，到“十三五”末，我国煤制烯烃、煤制油和煤制气有效产能很难突破1500万吨、2000万吨和680亿立方米，较预计产能锐减一半。

与此形成明显对比的是，以煤热解为龙头的煤炭分质利用却悄然升温。目前，国内建成、在建、拟建的煤热解产能超过1.8亿吨。其中，仅2015年投产的中低温煤焦油加氢项目产能就有200万吨，对应的热解产能超过2000万吨。2016年，我国还将有160万吨中低温煤焦油加氢和1600余万吨煤热解产能释放。

人们不禁要问，煤炭分质利用缘何“热得快”？

技术瓶颈逐一突破

2015年7月12日，由陕西煤业化工技术研究院与北京柯林斯达科技发展有限公司联合开发的气化—低阶煤热解一体化技术（CGPS），在北京通过由石化联合会组织的科技成果鉴定。由中国工程院院士谢克昌、倪维斗、金涌等9位专家组成的鉴定组认为：该技术通过热解与半焦气化技术的耦合，以半焦粉气化产生的高温煤气作为热载体，进行逆向串级直接接触热解，实现了高温煤气显热的高效合理利用与低阶煤的梯级热解。其万吨级工业化试验装置工艺流程主装置及自动化控制先进合理，便于操作和稳定运行。整套技术推进了低阶煤定向热解制高品质焦油与煤气技术研发进程，属国际首创、居领先地位。

这是时隔不足20天，我国通过鉴定的又一先进煤热解技术。2015年6月25日，由陕煤化集团神木天元化工有限公司与华陆工程科技有限公司联合开发的低阶粉煤回转热解制取无烟煤工艺技术，顺利通过由陕西省科技厅组织的科技成果鉴定。以金涌院士为组长的鉴定组认定：该技术攻克了煤低温热解领域粉煤洁净化分质利用关键性技术和装备，整体技术达到国际先进水平。

上述两项成果，只是我国煤分质利用技术突飞猛进的一个缩影。事实上，近几年，以煤热解为龙头的我国煤分质利用领域新技术层出不穷。

2010年，神木天元化工公司将自主开发的中低温煤焦油轻质化技术与块煤中低温热解技术、煤焦油延迟焦化技术集成耦合，建成年产135万吨块煤热解/50万吨煤焦油加氢制取石脑油、柴油馏份工业化示范装置；2011年，河南龙成集团开发成功低阶煤旋转床热解技术，并建成30万吨/年工业化装置；2013年4月，陕煤化集团神木富油能源科技有限公司开发的中/低温煤焦油全馏分加氢多产中间馏分油成套工业化技术（FTH），被以中国科协副主任谢克昌院士为组长的鉴定组认定为“系世界首创，居领先水平”，采用该技术建设的12万吨/年工业化装置，已稳定运行两年多；2015年7月，采用上海新佑能源科技有限公司与河北新启元能源技术开发股份有限公司联合开发的劣质油全返混沸腾床加氢技术（EUU）建设的河北新启元公司15万吨/年中低温煤焦油全馏分加氢装置，一次投料成功并实现稳定运行；2015年8月，采用延长（石油）集团与美国KBR公司合作开发的渣油悬浮床加氢催化裂化技术（VCC）建设的全球首套煤焦油悬浮床加氢裂解工业化装置——延长安源化工有限公司50万吨/年中低温煤焦油悬浮床加氢工业化装置实现中交……

“目前，仅陕煤化集团就开展了6个不同方向的煤热解技术研究。其中3项已完成中试，另外3项研究取得关键技术突破。”陕煤化集团党委书记华炜自豪地表示。

据华炜介绍，煤分质利用理念的整体思路是：含油率较高（5%以上）的低阶煤，经中低温（550～850℃）热解，抽取其中的焦油、煤气等轻质组分，同时获得热值较高的清洁炭素材料半焦。煤气用于制氢或甲烷；煤焦油经提酚等处理后与氢气催化裂化反应生产石脑油和柴油馏分；脱除了挥发份的半焦，比原煤热值更高、更洁净，既可气化生产合成气，继而生产化工产品，又可作为优质民用燃料和电厂燃料，还可替代无烟煤，用于炼钢炉的高炉喷吹，从而实现煤的分质分级高效清洁利用。

据了解，我国于20世纪80年代末成功开发立式炉块煤热解技术，一直沿用至今，目前全国煤热解产能超过8000万吨/年。但立式炉只能以块煤作原料，煤气有效成份和热值低、单炉产能小，进一步推广受到限制，也难以真正体现高效与清洁。为此，近几年粉煤或全煤热解技术成为众多企业和科研单位竞相开发的方向。这其中，高温煤气中的油尘分离、高浓度（含焦油、酚、苯、氨氮、COD）热解废水的处理与资源化利用，以及装置大型化成为制约煤热解的3大难题。

经过科技人员的不懈努力，上述3大难题而今全部有了较为合理的解决方案。

油尘分离方面，神木天元与华陆公司开发的低阶粉煤回转热解制取无烟煤工艺技术，在用热烟气干燥粉煤的同时，吹出粒径小于0.2毫米的煤尘，大幅减少了后序热解过程煤焦油中的煤尘量，并巧妙运用高速离心分离技术，将含有少量煤尘的焦油进行高效分离，最终破解了粉煤热解过程油尘难以分离的难题。

CGPS技术则将粒径小于25毫米的末煤经分级布料进入带式炉，形成多层移动颗粒床层，利用不同颗粒煤层组成的移动过滤层，通过惯性碰撞、扩散沉积、重力沉积、直接拦截、静电吸引等过滤原理，实现对热解煤气的高效自除尘（除尘率达96%以上，焦油中含尘量降至0.32克/标方以下）。

热解废水处理方面，神木富油能源科技有限公司50吨/小时中低温煤热解及煤焦油加氢废水处理示范装置已经平稳运行1年多，经处理的废水指标达到新的《黄河流域（陕西段）污水综合排放标准》一级标准要求。

至于热解装置大型化问题，河南龙成集团开发的低阶煤旋转床热解技术已建成并运行了两套80万吨/年工业化装置；北京柯林斯达公司开发的带式炉内热式粉煤（或褐煤）热解技术单炉规模可达100万吨/年；陕煤化技术研究院有限公司开发的模块化工艺，一个模块年处理煤量可达300万～400万吨……

“此前人们担心的煤热解所得半焦（或焦粉）的出路问题，同样有了理想解决方案。”华炜透露。

他说，早在3年前，立志于煤炭分质分级利用的陕煤化集团就开始关注半焦（焦粉）的出路，并委托陕煤化技术研究院开展这方面的研究。经过几年的努力，大量工业化应用试验表明，半焦（焦粉）制备水煤浆气化或直接气化，其效果与原煤并无多大区别；用于高炉喷吹替代无烟煤也是完全可行的；用作居民冬季取暖的燃料，由于在热解过程已经脱除了硫、氮、挥发分，不仅热值高，且洁净耐用。

“我们开发的纯氧连续气化技术，不仅可以无烟煤为原料，也可用焦炭、烟煤、型煤等碎煤作原料。”江西昌昱实业有限公司总工程师赵乐群的话证明了华炜的说法。

府谷奥维乾元化工有限公司总经理任涛亦表示，该公司30万吨/年合成氨、52万吨/年尿素装置配套的水煤浆气化炉所用原料，一半以上是企业自产的焦粉，装置2年多的运行结果表明，焦粉替代原煤制浆造气没有问题。

“目前，京津冀地区散烧煤量高达7200万吨/年，由于散烧煤过程会排放大量二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和烟尘，导致雾霾不断加剧且很难治理。但若全部换成天然气，因受各种因素制约短期内难以实现。后期，一旦清洁半焦或型焦能够在京津冀地区推广应用，不仅能极大缓解环境压力，也将彻底解决困扰煤分质利用发展的半焦（焦粉）的出路问题。”谢克昌表示。

“可以说，一度制约煤分质利用的几大关键核心问题，现已全部得到解决，煤分质利用已经拥有较为坚实的技术支持。”华炜如是说。

效益较好赢得认可

煤分质利用示范项目较好的经济效益，显著的节能环保效果、能源转换效率，以及广泛的外延特性，同样令业界振奋。

目前，国内共有3家煤分质利用示范企业，分别是：陕煤化集团神木天元化工有限公司、内蒙古庆华集团煤化工公司、黑龙江宝泰隆煤化工股份公司。这3家企业均以煤热解为龙头，然后对热解产生的煤气、煤焦油、焦炭进行深加工利用。其中，神木天元采用中低温煤热解工艺；宝泰隆选择高温煤热解路径；庆华集团同时采用煤中温和高温热解两种工艺。

神木天元公司拥有年产135万吨煤中低温热解、2.2万吨精酚、50万吨中低温煤焦油加氢生产能力。自2010年4月投产以来，公司累计实现工业产值176.3亿元，实现利润14亿元。据该公司董事长毛世强介绍，2015年，在国内成品油、焦炭及其他化工产品价格持续大幅下跌，传统煤化工企业大面积亏损，现代煤化工企业微利甚至亏损经营的情况下，神木天元各项经济指标虽有所下降，但依然实现工业产值20.2亿元，实现营业收入18.8亿元，实现利润四五千万元。

庆华集团、宝泰隆公司两家煤分质利用示范企业同样取得了不俗业绩。其中，宝泰隆公司2015年1～9月实现净利润8470万元，同比激增1.46倍。而据庆华集团常务副总经理陈学伟介绍，虽受油价低、税负重等不利因素影响，2015年庆华集团利润明显缩水，但也会有上千万元的利润。

煤分质利用项目显著的节能减排效果同样令业界称道。

北京焦化厂原总工程师陈卫国表示，煤的有用成分主要包括挥发分和固定炭。虽然国内外煤的利用途径很多，但无论是燃烧取暖发电，还是作为化工生产原料，均未对挥发分和固定炭进行分离，而是直接燃烧或气化，不能发挥两种成分的各自优势，导致煤的利用效率与能量转化率低下、排放物多、环境污染重。但煤分质利用则不同。它先通过热解将固定炭和挥发分分离，再对其分别加工利用，从而最大限度利用了能源与资源，整个过程能源转换率高达70%以上，真正实现了清洁高效利用。

陕西省石化联合会副会长胡海峰、延长石油集团高级顾问张积耀等专家则表示，无论传统煤化工还是现代煤化工，合成气中都存在碳多氢少的问题。为了实现碳氢平衡，煤化工企业不得不用超过1/4的煤生产氢气。每生产1吨氢气，又会产生22吨二氧化碳，导致煤化工二氧化碳排放量居高不下。而煤分质利用项目，从煤气或荒煤气中提取氢气，没有为制氢单独消耗煤炭，二氧化碳排放量因此大幅减少，综合能耗显著下降。

陕西省化工学会名誉理事长贺永德以神木天元135万吨/年煤中温热解联产50万吨/年中温煤焦油加氢项目运行多年的实际数据为例分析表示，与直接或间接煤制油项目相比，煤分质利用制油的综合能耗相当于前者的2/3，二氧化碳排放量相当于前者的1/2，项目投资额为前者的1/3～1/2，50万吨/年规模煤制油年减排二氧化碳量可达43万吨。

据陈学伟透露，已形成年产800万吨洁净煤、500万吨煤热解、66万吨煤焦油加氢、20万吨焦炉煤气制甲醇、20万吨甲醇制芳烃、10万吨粗苯加氢、20万吨己内酰胺、200吨碳纤维、1亿块粉煤灰制砖生产能力的庆华集团，凭借完整的循环经济产业链，年回收利用焦炉煤气10.8亿立方米，节约标煤50万吨，减少二氧化硫排放量1.5万吨。

“在目前的情况下，分质分级利用无疑是煤炭最合理的利用路径和煤炭清洁高效利用的方向。”金涌表示。

金涌说，以煤热解为龙头的煤炭分质分级利用，先通过温和的物理方式，将煤中轻质易挥发同时附加值高的部分“拔”出来，剩余部分该怎么用还怎么用，等于用最低的能量消耗获得了高附加值产品。更为可贵的是，通过热解获得的煤焦油、煤气、焦炭（半焦或焦粉）能够方便地与传统煤化工、现代煤化工、超超临界发电、IGCC、城市热电联供、建材甚至石油化工对接耦合，实现多联产与不同工艺之间的优势互补，从而构筑起跨行业发展的大煤化工构架，使煤炭高效利用的途径更丰富、前景更广阔。

政策惠顾前景可期

煤分质利用示范企业近几年良好的表现，也获得了认可。

2014年8月，国家发改委发布的《西部地区鼓励类产业目录》中，5大现代煤化工未能入列，而 “15万吨/年及以上单套无水煤焦油深加工”列入其中。此前发布的《产业结构调整指导目录（2011年本）》和《中西部地区外商投资优势产业目录（2013年修订）》，也分别将煤焦油深加工和焦炭副产品综合利用列入“鼓励类”。由于煤焦油深加工或综合利用均属煤炭分质利用的重要组成部分，因此，该《目录》被解读为国家鼓励在西部地区发展煤分质利用。

2014年11月，国务院下发的《能源发展战略行动计划（2014～2020）》指出：要制定和实施煤炭清洁高效利用规划，积极推进煤炭分级分质梯级利用，加大煤炭洗选比重，鼓励煤矸石等低热值煤和劣质煤就地清洁转化利用。

2015年1月，国家能源局、环保部、工信部联合下发的《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》指出：在条件适合地区，积极推进煤炭分级分质利用，优化褐煤资源开发，鼓励低阶煤提质技术研发和示范，推广低阶煤产地分级提质，提高煤炭利用附加值。

2015年7月，国家能源局发布《关于规范煤制燃料示范工作的指导意见》（第二次征求意见稿），大型煤提质（热解）技术，包括干燥、热解、焦油加工等成套技术等都位列该指导意见的6大示范内容。

一位参与《“十三五”煤炭规划（草案）》编制工作的专家最近向笔者透露，利用热解和煤焦油加氢技术生产石脑油和柴油馏分，不仅能增加我国油品供应，还为富煤缺水的西部地区找出了经济与环境协调发展的路子。因此，《“十三五”煤炭规划（草案）》将鼓励利用新疆哈密、准东，陕西榆林等地含油量较高的低阶煤或富流烟煤进行煤分质利用试验示范。

而据谢克昌院士透露，煤分质利用已被确定为煤炭高效利用的方向，国家科技部已将百万吨煤定向热解制高品质焦油及煤气确定为“十三五”重大科技攻关项目，要求2020年以前取得突破，建成百万吨级示范项目。

不久前国家环保部发布的《现代煤化工建设项目环境准入条件（试行）》指出：在现代煤化工示范阶段，应在煤炭分质高效利用、资源能源耦合利用、污染控制技术等方面承担环保示范任务。这也从一个侧面证明，煤分质利用将成为“十三五”煤化工发展和示范的重点。

另据陕西省人大常委会副主任李金柱介绍，2014年四季度，陕西省及榆林市政府就向国家能源局递交了一份《关于用榆林兰炭（半焦）替代无烟块煤助京津冀地区减霾的报告》。该报告得到有关部门的高度重视，并委托陕煤化集团等单位进行科学、客观、翔实的调研论证。2015年初，一份翔实报告再度上报给国家能源局。报告认为，只要热解过程采用了油洗和干法熄焦或清水熄焦，并践行煤分质分级利用的理念，不仅能确保生产过程高效清洁，也能保证所得半焦（焦粉）清洁，可以替代无烟块煤用作民用燃料。

“2015年以来，在环保部接连否决数个现代煤化工环评报告的情况下，煤分质利用依然能够受到政策鼓励和投资者热捧，表明煤分质利用得到了认可。相信在不久的将来，一个能与现代煤化工及石油化工、电力、冶金、建材等诸多行业对接耦合、实现煤的清洁高效利用的新兴产业会快速崛起。”陕煤化集团常务副总经理尤西蒂充满期待地说。