近期，采用大型工業(yè)化低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解成套技術(shù)建設(shè)的陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司（以下簡稱天元公司）60萬噸/年粉煤分質(zhì)綜合利用示范項目。


在煤化工項目經(jīng)濟性差強人意、同時面臨實現(xiàn)雙碳目標的巨大壓力下，大型工業(yè)化低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解成套技術(shù)為何會受到熱捧？該技術(shù)具體有哪些特點？能夠解決什么問題？陜煤集團木天元化工有限公司總經(jīng)理李秀輝是這樣解答的。


低階煤熱解已經(jīng)有許多技術(shù)路徑，為何還要開發(fā)這個技術(shù)？

李秀輝認為：煤熱解能夠通過較少的能源消耗，從煤炭大分子中分離出氣（煤氣）、液（焦油）、固（焦炭）3種形態(tài)的物質(zhì)，進一步加工成幾十上百種產(chǎn)品，充分利用了煤的化學(xué)能、熱能和材料屬性，是煤炭高效清潔利用的核心技術(shù)，自1860年德國通過低溫干餾成功生產(chǎn)出燈油、石蠟起，就受到廣泛關(guān)注。

世界上許多國家都開展過煤熱解技術(shù)的研發(fā)，先后有近30種煤熱解技術(shù)誕生。但其中只有5～6項技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。而在這5～6種工藝路徑中，有的雖然建成工業(yè)化裝置，但無法滿足安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)的工業(yè)化生產(chǎn)要求。

我們一直攻關(guān)的是采用外燃內(nèi)熱式直立爐的低階煤回轉(zhuǎn)熱解技術(shù)。但外燃內(nèi)熱式直立爐存在一系列問題，其中最大的問題就是受熱解爐結(jié)構(gòu)制約只能以低階塊煤作原料，原料適應(yīng)性小，采購成本高。

圍繞這個問題，從2011年開始，我們與華陸工程科技有限公司聯(lián)手，開始了粒度30毫米以下的低階粉煤熱解技術(shù)研究。

2012年，我們開發(fā)并建成了5萬噸/年低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解制取無煙煤中試裝置，同時形成了完整兩工藝包。

2017年6月，660萬噸/年處理能力的低價粉煤回轉(zhuǎn)熱解爐項目一期60萬噸/年工業(yè)化示范裝置開始建設(shè)，期間項目先后攻克了設(shè)備放大、管道堵塞、油氣粉塵含量高、裝置運行周期短、設(shè)備結(jié)焦、油水分離困難、污水處理難等系列難題，

2019年5月11日一次性投料試車成功。

2019年11月26日，該項目在北京通過了中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定。當年，該技術(shù)的核心設(shè)備——大型粉煤熱解回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐入選國家《首臺（套）重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄》（2019版）。

到目前為止，該技術(shù)共獲得國家授權(quán)專利70項。其中，發(fā)明專利17項、實用新型專利53項。

技術(shù)上有哪些創(chuàng)新?

一是自主開發(fā)設(shè)計的核心設(shè)備——回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐的單爐處理煤量達120萬噸/年，是目前世界單爐最大的熱解爐，為大型工業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。

二是自主開發(fā)了多級高效油氣除塵工藝，解決了粉煤熱解中油氣塵難以高效分離的世界性難題。

三是設(shè)計了獨特的原煤干燥水、熱解水分級回收系統(tǒng)，單位產(chǎn)品水耗僅0.05噸，污水處理量更少，整個裝置的能源轉(zhuǎn)化效率達86.31%。

四是煤粒直徑50毫米以下不經(jīng)篩選的低階煤均可作為原料，原料適應(yīng)性更廣、成本更低。

五是所得提質(zhì)焦粉可廣泛用于替代無煙煤、高爐噴吹、配煤煉焦、燒結(jié)鐵礦石燃料、電石、金屬冶煉、民用燃料、合成氨、碳素材料、吸附劑等領(lǐng)域，拓展了焦粉應(yīng)用空間，提升了項目競爭力和盈利能力。

六是所得產(chǎn)品品質(zhì)好——提質(zhì)焦粉固定碳含量高達82%，全水、灰分、揮發(fā)分以及硫含量分別不超過10%、7%、10%和0.25%，已經(jīng)在鋼鐵行業(yè)得到應(yīng)用；煤焦油的機械雜質(zhì)和水分分別低于0.8%和0.5%；煤氣熱值超過7200千卡/標準立方米，有效氣體含量超過85%，甲烷含量超過40%。

更為重要的是，60萬噸/年工業(yè)化示范項目自投產(chǎn)以來，很快實現(xiàn)了滿負荷率運行，至今已累計運行11000多個小時，刷新了低階粉煤熱解工業(yè)化裝置連續(xù)運行的最高紀錄。


關(guān)于二期項目進展

李秀輝回答：二期的規(guī)模是600萬噸/年，預(yù)計總投資74.79億元，現(xiàn)已開始場平和長周期設(shè)備訂貨，預(yù)計2022年底建成并具備整體試車條件，計劃2023年投產(chǎn)。達產(chǎn)后，可年產(chǎn)提質(zhì)焦粉368萬噸、煤焦油56萬噸、液化天然氣25.71萬噸、液化石油氣7.46萬噸，年可實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值56億元、利稅總額20億元。

雙碳目標背景下，未來前景如何？

李秀輝認為：實現(xiàn)雙碳目標的關(guān)鍵是高效清潔利用包括煤炭在內(nèi)的化石能源，而非禁煤。國家“十四五”規(guī)劃中明確提出，要增強能源持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)和風險管控能力，實現(xiàn)煤炭供應(yīng)安全兜底、油氣核心需求依靠自保、電力供應(yīng)穩(wěn)定可靠，做好煤制油氣戰(zhàn)略基地規(guī)劃布局和管控……這表明，用好煤、少用煤正是實現(xiàn)雙碳目標的重要手段。

雖然煤化工出現(xiàn)了行業(yè)性巨額虧損，但天元公司以低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解成套技術(shù)為龍頭的煤炭分質(zhì)利用項目均實現(xiàn)了較好盈利。尤其今年前兩月，僅60萬噸/年低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解裝置就實現(xiàn)利潤480萬元。

項目概況

由陜煤集團主導(dǎo)建設(shè)的首個國家能源煤炭分質(zhì)清潔轉(zhuǎn)化重點實驗室，2012年8月在陜西組建，神木天元被認定為該重點實驗室的試驗示范基地�；�地自成立以來，在煤熱解及中低溫煤焦油綜合利用領(lǐng)域取得豐碩成果。

此前，神木天元投入科研力量針對低階粉煤熱解開展研究，與華陸工程科技有限責任公司合作攻關(guān)，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的低階粉煤熱解技術(shù)。2012年，5萬噸/年低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解制取無煙煤工藝技術(shù)研究項目啟動建設(shè)。

在此基礎(chǔ)上，神木天元規(guī)劃了660萬噸/年粉煤分質(zhì)綜合利用工業(yè)化項目，其中一期工程60萬噸/年示范裝置于2019年5月打通工藝流程產(chǎn)出合格產(chǎn)品。同年11月26日，大型工業(yè)化低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解成套技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用項目經(jīng)中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定，達到國際領(lǐng)先水平。

中低溫熱解是在隔絕空氣的條件下，將原料煤進行熱分解產(chǎn)生氣體(熱解氣)、液體(煤焦油)和固體(半焦，也稱蘭炭)三相物質(zhì)。與傳統(tǒng)的加壓煤氣化相比，這種技術(shù)具有反應(yīng)溫和、能耗低、投資少等特點，不破壞煤炭分子結(jié)構(gòu)，就像煤炭資源是經(jīng)過久遠年代成形機理一樣。該裝置原料適合粒度為0~30毫米的粉狀褐煤、長焰煤、弱黏煤、不黏煤等高揮發(fā)分煤種，采用回轉(zhuǎn)干燥、回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐低溫熱解等新技術(shù)，可生產(chǎn)提質(zhì)焦粉、煤焦油、荒煤氣及其下游深加工產(chǎn)品。

其中，氣體中的CO、H2、CH4等有效成分占80%以上，可分離CH4制取LNG，CO、H2合成多種化學(xué)品，也可提取純氫發(fā)展氫能源。固態(tài)提質(zhì)焦粉產(chǎn)品可以通過工藝調(diào)整，針對用戶需求實現(xiàn)定制化生產(chǎn)不同產(chǎn)品。譬如針對煉鋼高爐噴吹需要揮發(fā)分和灰分含量10%以下的焦粉；動力配煤、民用清潔燃料則對揮發(fā)分和熱值要求高；或者可作為還原劑、無煙煤替代或吸附材料等。煤焦油含有環(huán)烷烴、芳烴及酚類、萘、醌等化合物，其中一些物質(zhì)經(jīng)深加工可提取經(jīng)濟附加值更高的精細化學(xué)品。若采用常規(guī)方法加氫制取輕質(zhì)化油，既浪費其中的寶貴資源又污染環(huán)境。

神木天元瞄準中低溫煤焦油提取酚類化合物自主開展技術(shù)攻關(guān)，掌握了萃取提酚法關(guān)鍵技術(shù)。2013年10月，神木天元2.2萬噸/年中低溫煤焦油提取精酚裝置建成投產(chǎn)，以預(yù)處理產(chǎn)生的酚油為原料生產(chǎn)苯酚、鄰甲酚、間對甲酚、二甲酚等產(chǎn)品。經(jīng)過2年多的攻關(guān)，神木天元又將煤焦油中的三環(huán)、四環(huán)類芳烴通過多元復(fù)合萃取制取高端精制瀝青(煤基碳材料)，其中喹啉不溶物小于0.04%。2019年12月底，12萬噸/年中低溫煤焦油制備碳材料項目建成試運行，今年5月產(chǎn)出合格產(chǎn)品，目前裝置運行穩(wěn)定并正在優(yōu)化工藝。精制瀝青下一步可繼續(xù)加工成針狀焦、炭素、超高功率電極、鋰電負極材料等高端碳材料。