煤化工的冷與熱 哪個領(lǐng)域在升溫？
眼下，煤化工領(lǐng)域一冷一熱。
此前被熱捧的煤制烯烴、煤制油和煤制氣項目悄然退燒。根據(jù)中國石化聯(lián)合會2011年8月公布的數(shù)據(jù)，在建擬建產(chǎn)能分別高達2800萬噸、4000萬噸和1500億立方米。但據(jù)記者了解，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。
但與此形成顯明對比的是，此前并不被看重的以煤熱解為龍頭的煤炭分質(zhì)利用卻悄然升溫。據(jù)記者了解，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，僅今年投產(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年還有160萬噸中低溫煤焦油加氫和1600余萬噸煤熱解產(chǎn)能釋放。
人們不僅要問，煤炭分質(zhì)利用緣何會柳暗花明?
制約瓶頸逐一解決
7月12日，由陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司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)，在北京通過了由中國石油和化學(xué)工業(yè)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(rèn)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天時間，我國誕生的又一先進煤熱解技術(shù)。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)，順利通過了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(rèn)定：該技術(shù)攻克了煤低溫?zé)峤忸I(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。
上述兩項技術(shù)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)域的新技術(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?zé)峤饧夹g(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，成功突破了塊煤熱解、荒煤氣制氫、中低溫煤焦油固定床加氫技術(shù)大型化應(yīng)用難題;
2011年，河南龍成集團成功開發(fā)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27日，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)，被以中國工程院院士謝克昌為組長的鑒定組認(rèn)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，現(xiàn)已穩(wěn)定運行2年多時間，成為全球首套煤焦油固定床全餾份加氫工業(yè)化示范裝置;
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)建設(shè)的河北新啟元能源技術(shù)開發(fā)股份有限公司15萬噸/年中低溫煤焦油全餾份加氫裝置一次投料成功并實現(xiàn)穩(wěn)定運行;
2015年8月20日，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項研究已經(jīng)完成中試，另外3項研究取得了關(guān)鍵技術(shù)突破。”全國人大代表、陜煤化集團黨委書記華煒自豪地對記者說。
他向記者介紹，煤分質(zhì)利用理念最早由陜煤化集團提出。其整體思路是：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)了煤的分質(zhì)分級高效清潔利用。
以熱解為龍頭的煤分質(zhì)利用自上世紀(jì)30年代起就受到各國關(guān)注。目前，全球已經(jīng)有近20個煤熱解技術(shù)問世。中國于上世紀(jì)80年代末成功開發(fā)了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)能已經(jīng)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)能小等弊端，使其進一步推廣受到限制，也難以真正體現(xiàn)煤分質(zhì)利用的高效與清潔。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粉煤或全煤熱解的3大難題，也是煤分質(zhì)利用必須邁過的3道檻。
現(xiàn)在，經(jīng)過科技人員的不懈努力，上述3大難題已經(jīng)全部有了較為合理的解決方案。其中，神木天元公司與華陸公司開發(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(biāo)方以下)。
熱解廢水處理方面，神木天元公司通過將多項先進水處理技術(shù)集成耦合，探索出可行的熱解廢水解決方案。該方案經(jīng)破乳、膜處理、生化處理后，所得中水全部返回系統(tǒng)再利用，從而實現(xiàn)了煤熱解廢水的零排放，現(xiàn)已經(jīng)通過了中試裝置驗證。正在建設(shè)的120噸/小時工業(yè)化裝置，已經(jīng)完成單元調(diào)試，將于9月開始聯(lián)動試運行。屆時，長期困擾煤分質(zhì)利用的熱解廢水處理難題也將告破。
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)已經(jīng)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)模可達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300萬噸～400萬噸……
不僅如此，包括CGPS等數(shù)套工藝均采用油洗替代傳統(tǒng)工藝的水洗，從而大幅減少了熱解廢水的產(chǎn)生，并使副產(chǎn)的半焦(或焦粉)變得更加清潔。加之這些工藝的熱解煤氣中一氧化碳+氫氣+甲烷+烯烴等有效氣成分均超過80%，具有熱值高、有效氣含量高、品質(zhì)優(yōu)等特點，既可制氫，又可生產(chǎn)液化天然氣，還可生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品，能夠真正實現(xiàn)煤氣的全部資源化利用。神木富油公司開發(fā)的FTH技術(shù)、上海新佑能源科技公司開發(fā)的沸騰床加氫技術(shù)，以及延長石油集團開發(fā)的VCC技術(shù)，均可實現(xiàn)對劣質(zhì)煤焦油的全餾分加氫處理，大幅提高煤焦油加氫過程液體產(chǎn)品收率和企業(yè)經(jīng)濟效益。
“此前人們擔(dān)心的煤熱解所得半焦(或焦粉)的出路問題，而今也有了理想的解決方案。”華煒向記者透露。
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)的出路問題，并委托陜煤化技術(shù)研究院有限公司開展這方面的研究。經(jīng)過幾年努力和大量工業(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。為解決傳統(tǒng)塊煤熱解過程中攜帶含氨廢水污染環(huán)境等問題，陜煤化集團聯(lián)合相關(guān)科研單位，開發(fā)并工業(yè)化應(yīng)用了油洗工藝和干法熄焦技術(shù)，現(xiàn)已經(jīng)全部經(jīng)過工業(yè)化應(yīng)用驗證，從而確保了所得半焦綠色清潔，各項質(zhì)量指標(biāo)滿足甚至優(yōu)于優(yōu)質(zhì)無煙塊煤質(zhì)量要求。另外，為使老百姓方便地使用潔凈焦粉，陜煤化集團還建成30萬噸/年型焦生產(chǎn)線，現(xiàn)已開始生產(chǎn)并對外銷售型焦，其產(chǎn)品深受用戶好評。
“我們開發(fā)的純氧連續(xù)氣化技術(shù)，不僅可以以無煙煤作原料，也可用焦炭、煙煤、型煤等碎煤作原料。”江西昌昱實業(yè)有限公司總工程師趙樂群的話證明了華煒的說法。
陜西府谷奧維乾元化工有限公司總經(jīng)理任濤亦向記者證實：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就是其自產(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，河北省散燒煤量達6000萬噸/年，京津冀地區(qū)散燒煤量更高達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)致當(dāng)?shù)仂F霾不斷加劇且很難治理。但若全部換成天然氣，因受到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，不僅能夠極大地緩解京津冀地區(qū)的環(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。”謝克昌說。
“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。”華煒高興地表示。
效益可觀贏得認(rèn)可
在突破技術(shù)瓶頸的同時，煤分質(zhì)利用示范項目良好的經(jīng)濟效益、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。其工藝流程如下：煤→熱解→煤氣+煤焦油+焦炭;煤氣→制氫(或生產(chǎn)甲醇等化工產(chǎn)品);煤焦油+氫氣→柴油餾分+石腦油+石油液化氣;焦炭→煉鐵、電石、化工或民用。所不同的是，神木天元采用的是中低溫煤熱解工藝;寶泰隆選擇了高溫煤熱解路徑;慶華集團同時采用了煤中溫和高溫?zé)峤鈨煞N工藝。
神木天元公司是我國目前最大的煤分質(zhì)利用示范企業(yè)，擁有年產(chǎn)135萬噸煤中低溫?zé)峤狻?.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，該公司累計實現(xiàn)銷售收入154億元，實現(xiàn)利潤超過14億元。據(jù)該公司董事長毛世強介紹，今年以來，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)營的極其不利的情況下，神木天元公司依然逆勢走紅——1～7月累計實現(xiàn)銷售收入11.87億元，上繳稅金8000余萬元，實現(xiàn)凈利潤3700余萬元。
記者了解到，內(nèi)蒙古慶華集團、黑龍江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，寶泰隆公司半年報顯示，上半年該公司實現(xiàn)凈利潤8470萬元，同比激增1.46倍。
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，從而最大限度地利用了能源與資源，整個過程的能源轉(zhuǎn)換效率高達70%以上，真正實現(xiàn)了煤的清潔高效利用。
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向記者介紹，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。而包括神木天元公司在內(nèi)的煤分質(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則以神木天元公司135萬噸/年煤中溫?zé)峤饴?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僅相當(dāng)于前者的2/3，二氧化碳排放量相當(dāng)于前者的1/2，項目投資額僅為前者的1/3～1/2，50萬噸/年規(guī)模煤制油年減排二氧化碳可達43萬噸。
據(jù)記者了解，已經(jīng)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?fàn)t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，不僅取得了良好經(jīng)濟效益，還憑借其完整的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，年回收利用焦?fàn)t煤氣10.8億立方米，節(jié)約標(biāo)煤50萬噸，減少二氧化硫排放量1.5萬噸。
“目前情況下，煤分質(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。”中國工程院院士金涌在接受記者采訪時這樣表示。
他說，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)也是附加值高的部分“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，既符合高質(zhì)高用、低質(zhì)低用的客觀規(guī)律，也極大地降低了單位產(chǎn)值能耗。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加豐富、前景更加廣闊。
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