煤热解:出路在规模大多联产

2013-05-06 17:05 来源: 钢联煤化工

中国煤化工行业又出新闻:一种已经有上百年发展历史的传统煤化工技术——煤热解居然老树开新花,带起了一股研发与上马热潮。

作为一种老工艺,煤热解为何引起了业内的重新关注?其作为一条传统工艺,用于发展新型煤化工又是否可行?针对这些问题,CCIN记者采访了多位业内专家。

因经济价值不高久被冷落

什么是煤解热?据中科合成油工程有限公司高级工程师唐宏青介绍,煤热解,也称煤的干馏或热分解,是指煤在隔绝空气的条件下进行加热,把煤里面的焦油和煤气蒸发出来,得到焦油、煤气、兰炭的过程。

煤热解与煤液化、煤气化的区别有以下几点。首先是工艺不同。煤液化是将煤在高温下加氢裂解;煤气化是煤在高温条件下,以氧气、水蒸气或氢气作气化剂的一种反应;煤热解是一种加热蒸发的过程。其次是得到的产品不同。煤液化得到的是柴油、汽油;煤气化得到的是气体,比如煤气;煤热解能得到3种产品:焦油、煤气、兰炭。此外,与煤气化比,煤热解产出的煤气量少;与煤液化相比,煤热解得到的燃料油比重大、密度高、十六烷值低,质量不如煤液化的好。

该技术最早产生于19世纪,起源于德国,发明之初主要用于制取煤焦油,也用于生产炼铁用焦炭和燃料气,由于该技术的能源转化率很高,一直被国内外认为是与煤气化、煤液化并列的第三种煤炭转化技术。

CCIN记者通过查阅科技文献发现,煤热解技术在19世纪就已出现,但受技术所限,生产的产品比较简单,当时主要用于制取灯油和蜡。19世纪末,因电灯的发明,煤热解趋于衰落。第二次世界大战前夕及大战期间,纳粹德国出于战争目的,建立了大型煤热解厂,以褐煤为原料生产煤焦油,再高压加氢制取汽油和柴油。战后,由于大量廉价石油的开采,煤热解再次陷于停滞状态。

煤热解在我国的历史也很久远。早在1865年9月,英商就在我国上海的苏州河畔建成了中国第一座煤气厂,建设了水平式煤热解炉,向公共租界供应煤气。此后,繁华的外滩、南京路一带开始启用煤气路灯,取代了早期的煤油灯。直到上世纪50年代,我国很多城市用的煤气还是通过煤热解产生。

20世纪50年代,我国开始进行煤热解工艺的进一步开发和研究,主要是为了将其产业化,用于发展煤化工,洁净高效综合利用煤炭。这些研究取得了一些进展,特别是在生产兰炭方面,北京石油学院、大连理工大学、浙江大学、中科院山西煤化所等单位,先后开发了不同工艺的煤热解技术。目前,我国的兰炭生产主要就是采用煤热解法,产能达到4000多万吨。陕北、内蒙古等地的兰炭厂,主要采用内热式方形热解炉生产,单炉生产能力达到3万~7.5万吨/年。

CCIN记者了解到,由于过去的利用技术并不高,煤热解的经济价值没有得到最大限度的发挥,所以该技术在我国有一定的发展,但一直处于受冷落的状态。

因适用低质煤重受追捧

作为一种已有上百年历史但发展一直很缓慢、不被人重视的老工艺,煤热解为什么如今突然又受到了重新追捧?

一句话:成本低。

首先,可大量消耗低质的煤炭资源。近年来,在我国的内蒙古、新疆等地连续发现了大规模的煤田。这些煤田主要以高挥发性的低阶煤为主,占我国煤炭资源储量50%以上。而热解是一种最适合处理这些煤资源的方法。华陆工程科技有限责任公司高级顾问应美玕告诉CCIN记者,对于挥发分高的低变质煤来说,采用热解技术效果好。据陕西省决策咨询委员会委员、陕西省化工学会名誉理事长贺永德介绍,褐煤和长焰煤的挥发性组分占原煤干重的37%以上,不黏煤和弱黏煤中挥发性组分占原煤干重的20%~37%。这些煤种约占我国煤炭资源储量的50%,具有水分大、发热量低、化学反应性好、易燃易碎等特点,不利于直接燃烧和运输,而且直接燃烧的热效率较低,温室气体排放量大,而热解是对这些低质量煤进行提质的好办法。

其次,生产的成本低。“热解可以产出的燃料油占煤重的8%,煤液化变油要接近4吨煤才产1吨油。而煤液化的成本非常高,相较之下,煤热解获得的燃料油成本比较低。”谈起热解重新热起来的原因,陕西延长石油集团西湾煤化工项目筹建处技术顾问李佩玉这样告诉CCIN记者。据了解,热解后的低温焦油可以加氢生产汽油、柴油,随着国际原油价格的节节攀升,油荒再现,热解及后续的煤焦油加氢生产燃料油引起了业界关注。此外,煤热解后能产生兰炭、煤气、焦油,是一种能源变成了3种能源,很适合往下游发展产业链。

唐宏青表示,热解属于传统的煤化工技术,是很多年前就有过的技术。只是由于过去的利用技术不高,经济价值没有得到发挥。现在,随着相关技术的提高,煤热解有望向大型化、一体化,多联产的方向发展。

实现多联产方可再发展

接受CCIN记者采访的专家一致认为,煤热解可以走出新路,但前提是综合利用产物,走规模化、多联产的路子。

据专家介绍,很长一段时间以来,我国的煤热解都以小型企业为主,焦油和焦炉气的综合利用率较差,环境污染严重,这也是之前煤热解技术没大规模发展起来的原因之一。唐宏青告诉CCIN记者,目前我国的煤热解仅停留在兰炭一焦油一煤气的生产阶段,兰炭、焦油只是作为初级产品简单出售,煤气被放空或直接燃烧了。这样的后果是生产方式粗放,能源转化效率低。企业只有采用煤热解的热、电、气、油、化学品等多联产系统,提高兰炭、煤气、焦油的深加工利用率,才可以真正做到煤的清洁、高效、环保利用,走出热解利用的新路子。据了解,利用褐煤发展煤热解、走规模化之路,在国际上也有先例。目前,国外主要褐煤加工技术有德国的低温热解工艺,苏联的褐煤固体热载体热解工艺,美国的温和气化技术,日本的煤炭快速热解技术,还有加拿大的阿特伯干馏技术等。

而近几年国内煤热解新工艺的开发,也给煤热解的规模化、多联产提供了技术上的条件。比如,大连理工大学近年一直在开发固体热载体干馏新技术,已完成多种油页岩、褐煤的试验室实验。2010年12月,中科院高技术研究与发展局组织专家对“煤热解拔头关键技术及工艺中试研究”项目进行了验收。今年6月,一项名为“褐煤清洁高效综合利用热溶催化新工艺的开发”成果通过了由广东省科技厅组织的科技成果鉴定,该技术由肇庆市顺鑫煤化工科技有限公司研发。

目前,一些企业已经开始了这方面的实践。比如,内蒙古建丰煤化工有限公司正在建设的380万吨/年煤热解项目采用了国内研发的煤固体热载体热解技术。该项目每年生成的4.56亿立方米煤气被用于生产液化天然气,还建设50万吨/年煤焦油加氢、190万吨/年粉焦装置作为16亿立方米/年合成气项目的原料。而内蒙古准格尔旗新建的1600万吨煤热解项目,还配套建设了煤气回收产甲醇制烯烃、60万吨/年聚丙烯、60万吨/年聚乙烯、2×300兆瓦综合利用发电装置。

又比如,内蒙古自治区呼伦贝尔工业园区今年重点建设的项目——华电2×600万吨/年褐煤热解多联产项目的热解能力为1200万吨,年产高热值型煤600万吨、柴油10.24万吨、石脑油2.24万吨、液化天然气11.92万立方米、改制沥青7.29万吨、蒸汽84.19万吨,同时还副产硫黄、液氨等化工产品。该项目采用了具有国内自有知识产权、国家“863”计划资金支持的循环流化床多联产技术,还有褐煤干燥成型技术以及焦油加氢技术。内蒙古电力有限公司年处理1200万吨褐煤低温热解项目,也是采用国内技术,其产品包括柴油、汽油、液化天然气、粗苯、硫黄、液氨等多联产产品。

不过,多位业内人士也指出,国内热解多联产技术工业化还处于起步阶段,因此应坚持先示范后推广的原则,不可一哄而上。青岛科技大学副教授盖恒军向CCIN记者介绍说,热解过程中一些看似简单的问题,目前却没完全解决。比如热解后出来的温度在500℃左右的煤气,除尘、除焦油就很难处理,冷却降温后容易黏连设备。这些问题还有待实践的检验。

据CCIN记者了解,目前有的多联产煤热解项目在投产后,装置确实难以达到长周期稳定运行。


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