今年8月底，陜西延長石油集團(tuán)碳?xì)溲芯恐行淖灾餮邪l(fā)的粉煤熱解氣化一體化技術(shù)（CCSI）工業(yè)示范產(chǎn)業(yè)化方案在西安通過專家審查。專家們認(rèn)為，該技術(shù)先進(jìn)可靠，與燃?xì)庹羝��?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)耦合具有良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和市場前景，建議加快實施延長石油榆林百萬噸CCSI產(chǎn)業(yè)化示范項目建設(shè)。這是國內(nèi)又一個即將開建的低階煤利用項目。


煤熱解即煤的干餾或熱分解。這項在國內(nèi)外都?xì)v史悠久的技術(shù)如今日趨成熟，新技術(shù)層出不窮，單套裝置規(guī)模越來越大。但粉煤熱解關(guān)鍵技術(shù)、環(huán)保處理等瓶頸仍待突破。同時，業(yè)內(nèi)對熱解煤項目的爭議聲不絕于耳。


古老技術(shù)煥發(fā)生機(jī)


低階煤是處于低變質(zhì)程度的煤，主要是褐煤和低變質(zhì)煙煤（包括長焰煤、不黏煤、弱黏煤），占我國煤炭總量一半以上。我國褐煤主要分布在內(nèi)蒙古東部、新疆和云南等地區(qū)。低變質(zhì)煙煤主要分布在陜西、內(nèi)蒙古、新疆等地。


中國石化聯(lián)合會煤化工專委會委員、陜西省化工學(xué)會名譽(yù)理事長賀永德告訴記者，低階煤一般油含率高，通過中低溫?zé)峤�，在隔絕空氣或缺氧條件下加熱到500～800攝氏度，可將煤分解為氣體（熱解氣）、液體（煤焦油）和固體（半焦，也稱蘭炭）三相物質(zhì)。這個物理化學(xué)變化過程非常復(fù)雜，包括裂解反應(yīng)、二次反應(yīng)和縮聚反應(yīng)等。


煤熱解技術(shù)源遠(yuǎn)流長。早在17世紀(jì)后期中低溫?zé)峤饩烷_始出現(xiàn)。1805年低溫?zé)峤忾_始在英國實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，至今已有200多年的歷史。1860年德國建立較大的褐煤低溫?zé)峤夤�廠制取燈油和石蠟。20世紀(jì)初至50年代，隨著汽化器式內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，汽油需求量激增，缺乏天然石油資源的國家千方百計利用煤制取液體燃料，低溫?zé)峤夤�業(yè)得以迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了德國Lurgi-Spuelgas、美國Disco、德國Lurgi-Ruhrgas（魯奇-魯爾煤氣公司）、前蘇聯(lián)固體熱載快速熱解等工藝，并達(dá)到可觀的規(guī)模。


我國的煤中低溫?zé)峤夤�業(yè)始于抗日戰(zhàn)爭期間。當(dāng)時在四川、云南、貴州等地建有外熱式鐵甄煤熱解小型工廠。建國之前，在吉林曾修建4臺魯奇低溫?zé)峤鉅t，但未正式運行。建國之初，我國擬恢復(fù)和建立中低溫?zé)峤夤�廠。1953年撫順石油四廠著手設(shè)計新建1套試驗裝置和1臺日處理量45噸的低溫?zé)峤鉅t，其工藝類似魯奇爐。到1957年以后，中低溫?zé)峤鈫螤t規(guī)模達(dá)到330～450噸/天。


20世紀(jì)60年代，由于煉油和石油化工的迅速發(fā)展，煤中低溫?zé)峤夤�業(yè)陷入低潮。90年代至今，隨著石油資源日益緊缺，國際油價不斷上漲，中低溫?zé)峤饧夹g(shù)研發(fā)進(jìn)入了新的發(fā)展時期。


近年來，我國低階煤熱解技術(shù)開發(fā)和示范取得突破性進(jìn)展。新一代熱解技術(shù)達(dá)20多種，一半實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。其中核心熱解裝置包括內(nèi)熱立式方形爐、外熱立式方形爐、回轉(zhuǎn)爐、國富爐、帶式爐、雙循環(huán)快速熱解爐、固體熱載體熱解爐、氣體熱載體熱解爐、流化床熱解爐、氣流床、熱解氣化一體化爐、真空微波干餾爐等，單爐年處理規(guī)模從幾萬噸、10萬噸到80萬噸以上，原料煤既有塊煤，也有碎煤和粒度小于1毫米的粉煤。


2016年9月，陜煤集團(tuán)旗下的陜西陜北乾元能源化工有限公司與北京國電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司依托該技術(shù)在陜西榆林建成50萬噸/年工業(yè)示范裝置，以粒度小于30毫米的長焰煤為原料進(jìn)行聯(lián)運試車，至今年6月25日連續(xù)運行277天。今年6月26～28日，中國石化聯(lián)合會組織專家對該裝置進(jìn)行72小時現(xiàn)場標(biāo)定考核。標(biāo)定結(jié)果顯示，該裝置運行穩(wěn)定，處理量達(dá)到設(shè)計值的102%，噸煤半焦收率為65.69%，焦油產(chǎn)率為原煤的8.09%，達(dá)到同基格金焦油產(chǎn)率的87.2%，煤氣產(chǎn)量167標(biāo)方/噸煤。煤氣中有效氣（氫氣、一氧化碳、甲烷、烴基化合物）占比達(dá)84.4%，能源轉(zhuǎn)化效率91.9%，綜合能耗低。這一項目標(biāo)志著我國低階煤利用技術(shù)開始成熟。

綜合利用規(guī)模擴(kuò)大

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，熱解是低階煤清潔分質(zhì)利用的最好方式，技術(shù)優(yōu)勢明顯。一是有效提高資源利用效率。低階煤是由芳環(huán)、脂肪鏈等官能團(tuán)縮合形成的大分子聚集體，直接燃燒會形成大量高附加值組分轉(zhuǎn)化為二氧化碳。若氣化依然存在過度拆分的問題，將高附加值組分轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣。通過熱解，可將煤中的焦油提出來，同時產(chǎn)出煤氣和半焦，將原煤一分為三，避免資源浪費。二是生產(chǎn)工藝條件溫和。煤熱解溫度一般為550～700攝氏度，反應(yīng)壓力接近常壓，且采用隔絕空氣加熱，生產(chǎn)系統(tǒng)不需要大型空分裝置，設(shè)備投資較小。三是具有良好的環(huán)保性，煤熱解得到的半焦可作為鍋爐燃料和氣化原料，所含的污染物少于原煤，對環(huán)境影響較小，同時熱解過程相對于氣化來說水耗較低。我國低階煤資源豐富、分布廣泛，具有揮發(fā)分高、灰分低、化學(xué)反應(yīng)性好等特點，非常適合通過煤熱解技術(shù)進(jìn)行分質(zhì)綜合利用，推廣應(yīng)用前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益和社會意義顯著。若在西部地區(qū)就地轉(zhuǎn)化10億噸低階煤，粗略估算，每年可生產(chǎn)半焦6.5億噸、焦油8000萬噸、煤氣1600億立方米。


據(jù)介紹，在我國單系列50萬噸/年及以上的低階煤熱解技術(shù)中，已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)或試驗的，包括河南龍成集團(tuán)80萬噸/年旋轉(zhuǎn)床低溫?zé)峤忭椖�、陜煤集團(tuán)與北京國電富通合作開發(fā)的50萬噸/年煤氣熱載體分段多層低階煤熱解項目、北京柯林斯達(dá)科技發(fā)展有限公司100萬噸/年褐煤帶式爐熱解項目等。此外，陜煤集團(tuán)在建的低階粉煤氣固熱載體快速熱解項目，單套裝置處理能力達(dá)120萬噸/年；陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司在建的粉煤回轉(zhuǎn)爐熱解項目，單套裝置處理能力60萬噸/年。


在國家能源局《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》中，新建的低階煤分質(zhì)利用項目有5個，包括陜煤集團(tuán)榆林1500萬噸/年煤炭分質(zhì)清潔高效轉(zhuǎn)化示范項目（其中熱解單套裝置處理能力將超過100萬噸/年）、陜西延長石油榆林煤化有限公司800萬噸/年煤提取焦油與制合成氣一體化產(chǎn)業(yè)示范項目、陜西龍成煤清潔高效利用有限公司1000萬噸/年粉煤清潔高效綜合利用一體化示范項目（熱解單套裝置處理能力200萬噸/年）、京能集團(tuán)500萬噸/年褐煤熱解分級綜合利用項目、呼倫貝爾圣山潔凈新能源有限公司30萬噸/年褐煤清潔高效綜合利用示范項目（熱融催化技術(shù)）。


“大型化固然是煤熱解發(fā)展的趨勢，有利于提高能源轉(zhuǎn)化效率、綜合利用和降低能耗，但也不是越大越好。要確定一個經(jīng)濟(jì)合理的單套規(guī)模。”賀永德對記者說，熱解爐體積超過一定標(biāo)準(zhǔn)就會出現(xiàn)問題。不同熱解爐型應(yīng)有不同的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，同時還要考慮焦油、煤氣和半焦3者之間的優(yōu)化產(chǎn)率。


賀永德表示，煤熱解目標(biāo)是要提高焦油收率和能源轉(zhuǎn)化效率，降低能耗。因此熱解溫度應(yīng)控制在600攝氏度以下，縮短熱解的時間。同時可通過煤-油-電-化多聯(lián)產(chǎn)，提高產(chǎn)品附加值，實現(xiàn)資源綜合利用最大化，環(huán)境更友好。


關(guān)鍵技術(shù)尚待突破


那么，這樣一個可以資源綜合利用最大化的技術(shù)方向，為什么又會引起爭議呢？


記者了解到，之所以有人不贊成搞煤熱解這一技術(shù)，是認(rèn)為該技術(shù)落后。同樣是從煤中提取焦油加工柴油和石腦油，但在技術(shù)先進(jìn)性和能源利用效率方面，煤熱解技術(shù)趕不上現(xiàn)在的煤制油新技術(shù)。同時，煤熱解產(chǎn)生的大量半焦（蘭炭）沒有很好的利用途徑，造成產(chǎn)能嚴(yán)重過剩。還有專家甚至表示，煤熱解技術(shù)是本末倒置，為了提取副產(chǎn)的焦油而大上熱解項目，是一種資源浪費。

這些爭議鞭策著煤熱解技術(shù)要盡快完善，用經(jīng)濟(jì)效益和社會效益說話。

目前，粉煤熱解技術(shù)逐漸成為業(yè)內(nèi)研究熱點和攻關(guān)方向。比如，陜煤集團(tuán)自主研發(fā)的低階粉煤氣固熱載體雙循環(huán)快速熱解工藝（SM-SP）、陜煤-國富煤氣熱載體分段多層低階煤熱解工藝、北京煤化院外熱式多段回轉(zhuǎn)爐工藝、大唐華銀-中國五環(huán)LCC工藝、清華-天素固體熱載體褐煤熱解技術(shù)、中科院工程熱物理所固體熱載體流化床低溫?zé)峤夤に�、西安華龍公司真空微波煤干餾等，絕大多數(shù)已進(jìn)入工業(yè)化試驗階段，有的正在開展工業(yè)化示范。


“粉煤熱解迄今尚沒有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用。”賀永德坦言，存在的主要問題是熱解油、氣、煤塵在線分離和干熄焦技術(shù)，以及粉焦的鈍化、儲運和大規(guī)模應(yīng)用等技術(shù)尚未完全突破，廢水有效處理還沒有成熟的方法。大型化的工程問題已基本解決，但還不理想，熱解爐氣固分布的特殊結(jié)構(gòu)仍需完善優(yōu)化。


賀永德表示，煤熱解的綜合利用仍需下功夫。比如產(chǎn)品附加值需進(jìn)一步提高，資源還沒有完全充分利用，熱解氣、焦油和半焦的后續(xù)利用也應(yīng)創(chuàng)新突破，實現(xiàn)油、熱、電、化、建材等多聯(lián)產(chǎn)。又比如熱解氣主要組分是氫氣、一氧化碳和甲烷及部分短鏈烴，提取后可制成乙二醇、液化天然氣、烷烴、烯烴等。還有，焦油富含高級酚及吡啶等高附加值組分，應(yīng)先提取后再加氫合成柴油和石腦油餾分等，若將其加工為高密度航空煤油、高檔潤滑油基礎(chǔ)油等則更具競爭力。半焦具有多孔結(jié)構(gòu)、高活性、高發(fā)熱量、高固定碳含量等特性，除常規(guī)作為高爐噴吹原料、工業(yè)及民用燃料外，還可經(jīng)活化制取吸附材料或過濾材料，也可將其進(jìn)行氣化生產(chǎn)甲醇，進(jìn)一步與焦油制取的石腦油重整耦合生產(chǎn)芳烴，再與熱解氣加工的乙二醇合成精對苯二甲酸、聚對苯二甲酸乙二醇酯，或者用甲醇直接生產(chǎn)烯烴，形成完整的高附加值產(chǎn)業(yè)鏈。