記者最近調(diào)研發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過各方不懈努力，目前困擾煤炭分質(zhì)利用的半焦出路、粉煤熱解、熱解爐規(guī)模小、高濃度焦化廢水難以經(jīng)濟(jì)有效處理等難題均有突破。這為我國煤炭分質(zhì)利用打開了更為廣闊的前景。

半焦有了巨大市場

“8月以來，山東省內(nèi)蘭炭、型煤貨源緊張，價(jià)格持續(xù)攀升。近期，隨著氣溫降低，當(dāng)?shù)匾恍┙?jīng)銷商為了多采購蘭炭，不得已提著現(xiàn)款前往陜西榆林地區(qū)排隊(duì)等貨，甚至托熟人才能搞到所需的蘭炭，蘭炭市場出現(xiàn)了少有的火爆場面。”山東濟(jì)寧華美能源公司副總經(jīng)理李平向記者透露。

李平介紹，山東濟(jì)寧、德州、泰安等不少地市，除電廠、大型鍋爐及工業(yè)企業(yè)用煤外，散燒煤運(yùn)輸車輛一律不讓下高速公路，這就從源頭上卡住了未經(jīng)任何處理的原煤直接進(jìn)入村鎮(zhèn)用戶。與此同時(shí)，山東省還通過政策引導(dǎo)、宣傳教育、法律強(qiáng)制以及財(cái)政補(bǔ)貼等多種方式，鼓勵(lì)居民使用潔凈蘭炭/型煤，實(shí)施散燒原煤替代計(jì)劃，從而使該省蘭炭價(jià)格由6月份的500多元/噸一路攀升至目前的800多元/噸。

“除了居民冬季取暖用蘭炭數(shù)量激增外，大棚種植戶的蘭炭/型煤需求量也出現(xiàn)了井噴式增長。”山東濟(jì)寧華美能源公司總經(jīng)理邊茂營補(bǔ)充說。

據(jù)邊茂營介紹，山東是全國大棚種植基地，幾乎每個(gè)縣鎮(zhèn)都有大棚種植戶。壽光的蔬菜、魚臺(tái)的食用菌更聞名全國甚至亞洲。為確保蔬菜、食用菌正常上市，每到冬季，大棚種植戶都要啟用小鍋爐，為其大棚供氣供暖。

粗略統(tǒng)計(jì)，僅濟(jì)寧市種植戶所用的小鍋爐就有3000多臺(tái)，整個(gè)山東�。ò�括沿海漁民水產(chǎn)養(yǎng)殖用鍋爐）達(dá)10多萬臺(tái)。此前，種植戶所用的基本為鏈條式層燃鍋爐，所用燃料為未經(jīng)任何處理的原煤，存在能耗高、排放多、污染重、熱效低等弊端，連同各家各戶居民冬季取暖用散煤一道，成為霧霾重要貢獻(xiàn)者。今年，山東省政府連出重拳，在鐵腕治理居民采暖用散煤的同時(shí)，要求所有種植戶（含水產(chǎn)養(yǎng)殖戶）所用鍋爐一律改為天然氣鍋爐或潔凈蘭炭/型煤鍋爐，并給予了相應(yīng)的補(bǔ)貼政策。

在政策推動(dòng)下，山東省內(nèi)潔凈蘭炭/型煤常壓鍋爐需求量出現(xiàn)井噴式增長。以專業(yè)從事潔凈蘭炭/型煤鍋爐設(shè)計(jì)生產(chǎn)的山東濟(jì)寧華美能源公司為例。自8月中旬在濟(jì)寧市魚臺(tái)縣舉辦的“2016年第一屆鍋爐洽談會(huì)”上展示了第一臺(tái)鍋爐以來，由于種植戶對(duì)這種鍋爐的高效、快捷、環(huán)保性能和卓越的性價(jià)比十分認(rèn)可。目前，該公司已經(jīng)接合同訂單200余臺(tái)，員工已經(jīng)連續(xù)3個(gè)月不分晝夜地加工生產(chǎn)，仍滿足不了用戶需求。一些種植戶為了在冬季到來前安裝好鍋爐，往往連夜排隊(duì)等貨。

“據(jù)我們初步調(diào)查，僅濟(jì)寧市每年種植戶所需的蘭炭/型煤就將超過3萬噸，整個(gè)山東省的種植戶每年所需的蘭炭/型煤將達(dá)30萬噸左右。加上農(nóng)村居民冬季取暖用量，山東省每年的蘭炭/型煤需求量將超過60萬噸。”邊茂營透露。
蘭炭/型煤市場火爆的消息在記者隨后的采訪中得到證實(shí)。

10月28日，陜煤化集團(tuán)神木富油科技有限公司總經(jīng)理?xiàng)钫急朐诮邮苡浾卟稍L時(shí)透露，目前榆林當(dāng)?shù)靥m炭供需兩旺，甚至出現(xiàn)了供需緊平衡，一些外地車輛往往需要排隊(duì)數(shù)小時(shí)甚至半天時(shí)間才能裝貨離開。

不僅塊狀蘭炭需求旺盛，就連業(yè)內(nèi)此前十分擔(dān)憂的粉焦也有了巨大的消費(fèi)市場。據(jù)楊占彪透露，2013年4季度，神木富油能源科技有限公司通過大量調(diào)研，發(fā)現(xiàn)雖然榆林當(dāng)?shù)亟狗凼�分滯銷，價(jià)格低廉，但做成型焦后不僅市場需求巨大，而且附加值很高，于是迅速組建專業(yè)從事環(huán)保型焦生產(chǎn)銷售的神木富瑞環(huán)保型煤開發(fā)有限公司。

該公司以神木地區(qū)去掉了硫、磷、氮、揮發(fā)分且采用清水熄焦（或干熄焦）工藝所產(chǎn)的清潔焦粉為原料，經(jīng)特殊工藝加工而成的富瑞牌型焦，因熱值高、排放少、環(huán)保清潔，一經(jīng)推出立即被市場接受認(rèn)可，現(xiàn)已廣泛銷售至京津冀陜魯豫等地，產(chǎn)品持續(xù)供不應(yīng)求。為滿足市場需求，富瑞公司不得不連續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)能力，目前，公司的型焦產(chǎn)能已經(jīng)由最初的10萬噸/年放大至100萬噸/年。

中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)副主席、中國工程院院士謝克昌此前曾透露，僅京津冀地區(qū)每年居民取暖、炊事消耗的散煤就超過4000萬噸，全國居民取暖、炊事、大棚種植等領(lǐng)域消耗的散煤則超過2億噸，即便將每年6000萬噸的無煙塊煤全部用于農(nóng)村散煤,仍有超過1.4億噸缺口。這表明，隨著各地治霧降霾和散煤替代力度的加大，去掉了硫、磷、氮、揮發(fā)分的潔凈蘭炭及粉焦制成的型焦，將擁有億噸級(jí)的消費(fèi)市場。此前業(yè)內(nèi)擔(dān)憂的煤分質(zhì)利用的主要產(chǎn)物之一蘭炭/粉焦的出路問題，不僅會(huì)因此迎刃而解，甚至可能供不應(yīng)求，成為煤分質(zhì)利用項(xiàng)目的重要利潤增長點(diǎn)。

粉煤熱解已有多條路徑

“我們的技術(shù)將沒有半焦（或焦粉）生成，顛覆了以熱解為龍頭的煤炭分質(zhì)利用必須產(chǎn)生半焦（或焦粉）的傳統(tǒng)理念，取得了諸多領(lǐng)域的突破與創(chuàng)新。”10月下旬，延長石油集團(tuán)煤化工首席專家李大鵬通報(bào)的這一消息，令包括記者在內(nèi)的眾多業(yè)內(nèi)人士震驚又振奮。

據(jù)李大鵬介紹，延長石油集團(tuán)在大量研究國內(nèi)外煤熱解、煤氣化，以及石油煉化過程所用的提升管劣質(zhì)油裂解技術(shù)后，大膽地提出了開發(fā)煤提取煤焦油與制合成氣一體化技術(shù)（CCSI）的設(shè)想，并于2012年10月開始研發(fā)。經(jīng)過無數(shù)次小試實(shí)驗(yàn)研究和冷態(tài)模擬研究，最終取得成功，于2015年8月完成36噸/日投煤量的工業(yè)試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)與建設(shè)工作。2015年11月，該工業(yè)化試驗(yàn)裝置打通全流程，驗(yàn)證了CCSI技術(shù)的工藝可行性，之后又對(duì)相關(guān)工藝和設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化和多次投料試驗(yàn)，2016年10月再度投料后，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，煤焦油產(chǎn)率達(dá)16.23%，合成氣有效氣含量大于35%，標(biāo)志著歷時(shí)4年的研究攻關(guān)取得成功。

目前，有關(guān)各方正根據(jù)工業(yè)化試驗(yàn)裝置積累的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，加緊100萬噸/年（3600噸/日）CCSI產(chǎn)業(yè)化裝置工藝包編制工作，預(yù)計(jì)“十三五”期間將開展工業(yè)示范和技術(shù)推廣。

“我們經(jīng)過周密測算，若對(duì)現(xiàn)有燃燒鍋爐配套300兆瓦亞臨界燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組實(shí)施CCSI升級(jí)改造，只需投入5000萬元，就可使整個(gè)裝置的能源綜合效率提升至42.99%。當(dāng)量供電煤耗降至293.16克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)，煙氣中污染物含量顯著降低。如果新建CCSI裝置配套350兆瓦燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，其投資強(qiáng)度只有6000～7000元/千瓦，綜合能效高達(dá)46.85%。當(dāng)量供電煤耗降至264.62標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)，煙氣中污染物濃度可直接達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。若CCSI為龍頭配套煤制天然氣裝置，由于能效高、能耗低、拔頭獲取了15%以上的煤焦油，則其天然氣綜合成本可降至0.74元/標(biāo)準(zhǔn)立方米，優(yōu)于任何進(jìn)口氣和國產(chǎn)氣。”李大鵬興奮地對(duì)記者說。

另據(jù)記者了解，啃下粉煤熱解這塊硬骨頭的還有陜煤化神木天元化工有限公司、北京神霧集團(tuán)有限公司、河南龍成集團(tuán)以及陜煤化集團(tuán)上海勝邦化工技術(shù)有限公司。

其中，上海勝邦化工技術(shù)有限公司聯(lián)手陜北乾元能源化工公司開發(fā)的低階粉煤氣固熱載體雙循環(huán)快速熱解技術(shù)（SM-SP），參考了石油煉制過程催化裂化技術(shù)的工藝原理，以循環(huán)粉狀半焦為熱載體，以提升管為熱解反應(yīng)器，通過流化床燒炭器加熱熱載體提供反應(yīng)所需熱量，使粉煤在提升管內(nèi)與熱載體充分混合接觸后快速熱解。其工藝流程如下：

粉煤→借助來自分餾塔頂部的煤氣流化輸送至提升管→與熱載體混合熱解→油氣+焦粉→沉降器→氣固分離；約20%焦粉→燃燒器→缺氧燃燒→高溫焦粉→為提升管反應(yīng)器提供熱源；80%焦粉→干熄冷卻→產(chǎn)品；油氣→急冷塔→分餾塔→煤氣+煤焦油。

據(jù)上海勝邦科技公司總經(jīng)理沈和平介紹，由于熱解反應(yīng)在提升管中進(jìn)行，克服了傳統(tǒng)工藝設(shè)備熱解煤粉時(shí)易堵塞、掛壁、結(jié)焦、積炭等難題。加之采用了提升管循環(huán)氣流化床反應(yīng)器快速熱解和快速冷卻高效分離裝置以及干熄焦技術(shù)，SM-SP技術(shù)能源轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80.97%、焦油產(chǎn)率可達(dá)17.11%，熱解速度快、分離效果好、結(jié)焦率低、、焦粉品質(zhì)好、廢水產(chǎn)量少。

2015年5月，采用該技術(shù)建設(shè)的2萬噸/年工業(yè)試驗(yàn)裝置投入試運(yùn)行，在累計(jì)運(yùn)行2000多小時(shí)、驗(yàn)證了技術(shù)的可靠性和裝置的安全穩(wěn)定性后；2016年8月20日到23日，通過了中國石化聯(lián)合會(huì)組織的72小時(shí)現(xiàn)場標(biāo)定；2016年9月11日，被謝克昌、倪維斗、楊啟業(yè)等9位院士專家組成的鑒定委員鑒定為“技術(shù)創(chuàng)新性強(qiáng)，總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平”。

記者進(jìn)一步調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前河南龍成集團(tuán)和北京神霧集團(tuán)的技術(shù)均已經(jīng)建成百萬噸級(jí)工業(yè)化示范裝置；CCSI、SM-SP以及低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解制取無煙煤工藝技術(shù)正在進(jìn)行百萬噸級(jí)工藝包編制。這表明，一度困擾煤分質(zhì)利用且被譽(yù)為世界性難題的粉煤熱解技術(shù)，不僅已經(jīng)取得突破，而且將有更多技術(shù)路徑可供選擇。

焦化廢水已有解決方案

“我們的廢水裝置已經(jīng)平穩(wěn)運(yùn)行一年半，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，處理后的廢水既可深度處理后作為中水回用，也可直接排入城市污水處理廠。”在陜煤化集團(tuán)神木富油能源科技有限公司總經(jīng)理?xiàng)钫急肟磥�，業(yè)內(nèi)擔(dān)憂的半焦廢水處理難題實(shí)際已經(jīng)有了成熟的解決方案。

楊占彪告訴記者，半焦廢水中的高濃度有機(jī)物，主要來自熱解系統(tǒng)的水洗工段，即用含氨廢水洗滌焦?fàn)t氣中的煤焦油，再從含焦油水中回收煤焦油。分離了大部分煤焦油的水再打回?zé)峤庀到y(tǒng)循環(huán)利用。這樣反復(fù)循環(huán)，使得熱解排出水的成分十分復(fù)雜，常規(guī)方法根本無法處理，傳統(tǒng)的焦化蒸氨工藝同樣無法滿足出水水質(zhì)要求。

為解決上述難題，2013年，陜煤化集團(tuán)神木富油能源科技有限公司經(jīng)過大量調(diào)研遴選并開展聯(lián)合攻關(guān)，2014年開發(fā)出能夠高效處理高含油、高氨氮、富含酚的有機(jī)物的廢水預(yù)處理工藝。該工藝對(duì)上述高濃度廢水進(jìn)行預(yù)處理的同時(shí)，可將污水中的氨氮、硫化物、油、酚等有價(jià)值的物質(zhì)分離和回收，變成高附加值的產(chǎn)品或原料。經(jīng)預(yù)處理后的污水，其酚含量小于300毫克/升、油含量小于500毫克/升、化學(xué)需氧量降至2000毫克/升，達(dá)到生化系統(tǒng)直接進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)，為生化處理后終端水的回用創(chuàng)造了條件。

“一年多的試運(yùn)行表明，我們開發(fā)的集成耦合半焦廢水處理工藝技術(shù)，操作彈性大，對(duì)入水水質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益好，是現(xiàn)實(shí)可行的半焦廢水處理優(yōu)選方案。以15立方米/小時(shí)裝置為例，實(shí)現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行后，年節(jié)水近30萬立方米，企業(yè)外排水量驟降50%以上，節(jié)約水費(fèi)180萬元；年回收焦油及粗酚超過1000噸，節(jié)本增效300多萬元。”楊占彪自豪地對(duì)記者說。

記者了解到，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源開發(fā)利用（北方）國家工程研究中心韓洪軍教授課題組開發(fā)的煤化工廢水多級(jí)生化組合處理技術(shù)，已經(jīng)分別在中煤龍化和中煤圖克大化肥項(xiàng)目成功應(yīng)用。以碎煤加壓氣化技術(shù)為龍頭，污水具有高酚、高油、高氨氮、高化學(xué)需氧量的中煤圖克大化肥項(xiàng)目，采用該技術(shù)后甚至實(shí)現(xiàn)了廢水零排放。這表明哈工大兩年前就掌握了高油、高有機(jī)物污水處理專有技術(shù)。

記者粗略統(tǒng)計(jì)，目前已經(jīng)完成中試或?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用驗(yàn)證的高含油、酚、芳環(huán)化合物、化學(xué)需氧量、氨氮的污水處理技術(shù)，已有8～10條路徑。