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分质利用是煤炭绿色转化的大势所趋

分质利用是煤炭绿色转化的大势所趋

我国煤炭资源约占化石能源总量的94%,分质利用可实现转化过程清洁高效、产品优质多元、资源价值最大化,是构建现代煤化工产业链,实现煤炭绿色转化的必然要求和大势所趋。

分质利用以热解为核心

煤炭分质利用能够充分发挥煤炭资源特点与优势,通过热解将煤转化为洁净焦、煤焦油及热解气等,同时对污染物进行集中脱除,进而根据3种产物的特性进行深加工利用,实现煤炭资源的清洁化与高附加值化。

通过分质转化,煤中60%的硫、30%的氮被集中脱出与处理,所得洁净焦具有低硫、低氮、低挥发分等特点,核心指标优于或接近无烟煤。一次PM2.5排放量降低90%以上,SO2排放量降低50%以上,多环芳烃降低95%以上,减霾效果非常显著。同时分质转化又是一种简约的煤制油和煤制化学品方法,以较低的能耗得到60%~70%的高热值洁净焦、15%~20%的高附加值煤焦油以及煤气。若原煤处理量达到10亿吨,其初级产物中洁净焦替代传统燃料效率可提高10%以上,污染物减量约40%,同时可得到约1亿吨的煤焦油和1000亿标准立方米的高热值煤气。

煤炭分质利用以热解为核心,包括高温热解(焦化)、中低温热解以及热解/焦化烟气的深度净化。高温热解需要拓宽原料范围,调整产品结构,盘活过剩产能;中低温热解有待突破关键技术瓶颈,实现大规模产业化,递增增量;针对热解/焦化烟气特点,开发配套脱硫脱硝技术,实现烟气的深度净化。

中低温热解瓶颈在分离

目前,高温热解面临的瓶颈包括产能过剩严重,能效转化率低;原料适应性差、产品结构简单;精细加工程度和产品附加值低等。中低温热解,虽然在原料适用性、产品经济性上具有优势,有助于煤炭资源高附加值转化,目前也已实现产业化,但存在单炉规模小、原料粒径范围窄、系统能效低、环保措施不到位等问题,制约了大规模产业化。

近年来,国内从事粉煤热解研究的开发单位开展了不同规模、多种炉形的试验研究,但尚未实现大规模工业化连续稳定运行,其面临的共性关键技术难题为热解油、气、尘的在线分离。要在粉煤中低温热解技术取得突破,可重点攻关气固分离瓶颈,实现过程精密控制,完成热解由粗放生产向现代煤化工的转变。

近年来,陕煤化集团与国内相关科研单位合作开发了一系列新型、高效的粉煤低温热解技术,被誉为陕煤化版煤制油。譬如建成的60万吨/年粉煤固体热载体快速热解工业化示范装置,目前正在进行试生产;利用自主研发的煤焦油全馏分加氢(FTH)技术,建成的12万吨/年低温煤焦油全馏分加氢工业化示范装置运行稳定,生产负荷超过95%C3以上液体产品收率达到98.3%,能源转化效率达92.71%

低阶煤清洁转化是方向

从煤炭结构分析,低阶煤占我国煤炭探明储量的55%以上。以中低温热解为核心的分质利用已成为低阶煤清洁高效转化的最佳途径。首批国家重点研发计划在煤炭利用领域仅设置一个专项,即煤炭清洁高效利用和新型节能技术。由陕西煤业化工集团牵头、联合国内相关单位申报的"煤热解气化分质转化制清洁燃气关键技术研究"项目,针对低阶煤清洁高效转化过程的共性关键难题展开攻关。

近年来,陕煤化集团低阶煤热解技术开发取得阶段性成果。其中低阶粉煤气固热载体双循环快速热解技术(SM-SP)以粉煤为原料进行低温快速热解,用于生产清洁半焦、高品质焦油和煤气等产品,焦油收率可达17.11%(同基准葛金焦油收率的150%以上),能源转换效率80.97%。今年8月,2万吨/年低阶粉煤气固热载体双循环快速热解技术工业试验项目经中国石油和化学工业联合会鉴定,达到国际领先水平,以该技术为核心的百万吨级工业示范项目正在积极筹备。

低阶煤带式炉气化热解一体化工业化成套技术(CGPS),是以25mm以下末煤为原料,通过中低温分级热解和粉焦或粉煤常压气化有机耦合,在中低温条件下(500℃~700℃)提取煤中有机挥发组分,并制备煤焦油、半焦、热解煤气的成套新技术。该技术具有能源利用效率高(92.5%)、热解焦油收率高(同基准葛金焦油收率92.6%)、热解气品质好(有效气含量大于80%)、热解半焦品质优、产生废水少等优点,目前已完成万吨级工业化试验。

十三五期间,陕煤化集团在陕北能源化工基地规划了三大煤炭分质高效转化集群项目,提出了低阶煤分质清洁高效转化多联产路线,转化总规模将达3000万吨/年以上。