文/陳繼軍 陳光達(dá)

煤炭分質(zhì)利用緣何“熱得快”

文/陳繼軍 陳光達(dá)

隨著油價(jià)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(huì)2011年8月公布的數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)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(dá)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(xiàng)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(jì)產(chǎn)能銳減一半。

與此形成明顯對(duì)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(xiàng)目產(chǎn)能就有200萬噸，對(duì)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(dá)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(huì)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(jìn)行逆向串級(jí)直接接觸熱解，實(shí)現(xiàn)了高溫煤氣顯熱的高效合理利用與低階煤的梯級(jí)熱解。其萬噸級(jí)工業(yè)化試驗(yàn)裝置工藝流程主裝置及自動(dòng)化控制先進(jìn)合理，便于操作和穩(wěn)定運(yùn)行。整套技術(shù)推進(jìn)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(jìn)程，屬國際首創(chuàng)、居領(lǐng)先地位。

這是時(shí)隔不足20天，我國通過鑒定的又一先進(jìn)煤熱解技術(shù)。2015年6月25日，由陜煤化集團(tuán)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(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(dá)到國際先進(jìn)水平。

上述兩項(xiàng)成果，只是我國煤分質(zhì)利用技術(shù)突飛猛進(jìn)的一個(gè)縮影。事實(shí)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?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；2011年，河南龍成集團(tuán)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(tuán)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(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，已穩(wěn)定運(yùn)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行；2015年8月，采用延長（石油）集團(tuán)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(shí)現(xiàn)中交……

“目前，僅陜煤化集團(tuán)就開展了6個(gè)不同方向的煤熱解技術(shù)研究。其中3項(xiàng)已完成中試，另外3項(xiàng)研究取得關(guān)鍵技術(shù)突破?！标兠夯瘓F(tuán)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(shí)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(shí)現(xiàn)煤的分質(zhì)分級(jí)高效清潔利用。

據(jù)了解，我國于20世紀(jì)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(jìn)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(shí)，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(yùn)用高速離心分離技術(shù)，將含有少量煤塵的焦油進(jìn)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(jí)布料進(jìn)入帶式爐，形成多層移動(dòng)顆粒床層，利用不同顆粒煤層組成的移動(dòng)過濾層，通過慣性碰撞、擴(kuò)散沉積、重力沉積、直接攔截、靜電吸引等過濾原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱解煤氣的高效自除塵（除塵率達(dá)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，神木富油能源科技有限公司50噸/小時(shí)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(yùn)行1年多，經(jīng)處理的廢水指標(biāo)達(dá)到新的《黃河流域（陜西段）污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。

至于熱解裝置大型化問題，河南龍成集團(tuán)開發(fā)的低階煤旋轉(zhuǎn)床熱解技術(shù)已建成并運(yùn)行了兩套80萬噸/年工業(yè)化裝置；北京柯林斯達(dá)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_(dá)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(gè)模塊年處理煤量可達(dá)300萬～400萬噸……

“此前人們擔(dān)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(jí)利用的陜煤化集團(tuán)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(yàn)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?shí)業(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(yùn)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(dá)7200萬噸/年，由于散燒煤過程會(huì)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(shí)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?！敝x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(jiān)實(shí)的技術(shù)支持?！比A煒如是說。

效益較好贏得認(rèn)可

煤分質(zhì)利用示范項(xiàng)目較好的經(jīng)濟(jì)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(tuán)神木天元化工有限公司、內(nèi)蒙古慶華集團(tuán)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(duì)熱解產(chǎn)生的煤氣、煤焦油、焦炭進(jìn)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(tuán)同時(shí)采用煤中溫和高溫?zé)峤鈨煞N工藝。

神木天元公司擁有年產(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，公司累計(jì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值176.3億元，實(shí)現(xiàn)利潤14億元。據(jù)該公司董事長毛世強(qiáng)介紹，2015年，在國內(nèi)成品油、焦炭及其他化工產(chǎn)品價(jià)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(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)雖有所下降，但依然實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值20.2億元，實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入18.8億元，實(shí)現(xiàn)利潤四五千萬元。

慶華集團(tuán)、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(shí)現(xiàn)凈利潤8470萬元，同比激增1.46倍。而據(jù)慶華集團(tuán)常務(wù)副總經(jīng)理陳學(xué)偉介紹，雖受油價(jià)低、稅負(fù)重等不利因素影響，2015年慶華集團(tuán)利潤明顯縮水，但也會(huì)有上千萬元的利潤。

煤分質(zhì)利用項(xiàng)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(duì)揮發(fā)分和固定炭進(jìn)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(duì)其分別加工利用，從而最大限度利用了能源與資源，整個(gè)過程能源轉(zhuǎn)換率高達(dá)70%以上，真正實(shí)現(xiàn)了清潔高效利用。

陜西省石化聯(lián)合會(huì)副會(huì)長胡海峰、延長石油集團(tuán)高級(jí)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(shí)現(xiàn)碳?xì)淦胶?，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(huì)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(xiàng)目，從煤氣或荒煤氣中提取氫氣，沒有為制氫單獨(dú)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(huì)名譽(yù)理事長賀永德以神木天元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(xiàng)目運(yùn)行多年的實(shí)際數(shù)據(jù)為例分析表示，與直接或間接煤制油項(xiàng)目相比，煤分質(zhì)利用制油的綜合能耗相當(dāng)于前者的2/3，二氧化碳排放量相當(dāng)于前者的1/2，項(xiàng)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(dá)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?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(tuán)，憑借完整的循環(huán)經(jīng)濟(jì)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。

“在目前的情況下，分質(zhì)分級(jí)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。”金涌表示。

金涌說，以煤熱解為龍頭的煤炭分質(zhì)分級(jí)利用，先通過溫和的物理方式，將煤中輕質(zhì)易揮發(fā)同時(shí)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(duì)接耦合，實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)與不同工藝之間的優(yōu)勢互補(bǔ)，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(rèn)可。

2014年8月，國家發(fā)改委發(fā)布的《西部地區(qū)鼓勵(lì)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(lì)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(lì)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(dòng)計(jì)劃（2014～2020）》指出：要制定和實(shí)施煤炭清潔高效利用規(guī)劃，積極推進(jìn)煤炭分級(jí)分質(zhì)梯級(jí)利用，加大煤炭洗選比重，鼓勵(lì)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(jìn)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(jìn)煤炭分級(jí)分質(zhì)利用，優(yōu)化褐煤資源開發(fā)，鼓勵(lì)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(jí)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(jì)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(lì)利用新疆哈密、準(zhǔn)東，陜西榆林等地含油量較高的低階煤或富流煙煤進(jìn)行煤分質(zhì)利用試驗(yàn)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(xiàng)目，要求2020年以前取得突破，建成百萬噸級(jí)示范項(xiàng)目。

不久前國家環(huán)保部發(fā)布的《現(xiàn)代煤化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境準(zhǔn)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(dān)環(huán)保示范任務(wù)。這也從一個(gè)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(diǎn)。

另據(jù)陜西省人大常委會(huì)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(bào)告》。該報(bào)告得到有關(guān)部門的高度重視，并委托陜煤化集團(tuán)等單位進(jìn)行科學(xué)、客觀、翔實(shí)的調(diào)研論證。2015年初，一份翔實(shí)報(bào)告再度上報(bào)給國家能源局。報(bào)告認(rèn)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(jí)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(gè)現(xiàn)代煤化工環(huán)評(píng)報(bào)告的情況下，煤分質(zhì)利用依然能夠受到政策鼓勵(lì)和投資者熱捧，表明煤分質(zhì)利用得到了認(rèn)可。相信在不久的將來，一個(gè)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(duì)接耦合、實(shí)現(xiàn)煤的清潔高效利用的新興產(chǎn)業(yè)會(huì)快速崛起?！标兠夯瘓F(tuán)常務(wù)副總經(jīng)理尤西蒂充滿期待地說。