煤炭低温热解多联产技术——实现煤炭清洁高效利用的最佳途径

煤炭加工与综合利用COAL PROCESSING & COMPREHENSIVE UTLIZATIONNo.12，2014煤炭低温热解多联产技术实现煤炭清洁高效利用的最佳途径白太宽(北京龙成慧能科技有限公司，北京100026),摘要;对煤制油，煤制气和煤炭低温热解技术进行技术经济比较，论证煤炭低温热解技.术是实现煤炭清洁高效利用的最佳途径，分析了以煤炭低温热解为龙头的多联产技术的优势和前景。关键词:煤;低温干馏;联产法;技术经济比较中图分类号: F426文献标识码: A文章编号: 1005-8397 (2014) 120006.051煤炭利用必须走清洁高效利用之 路综上所述，清洁高效利用煤炭，是在煤炭仍长期以来，作为我国主体能源的煤炭，利用将长期是我国主体能源的现实背景下，在因煤炭方式单一粗放， 大多直接燃烧，引发一系列严重利用粗放造成严重环境污染和低阶煤中油气资源的生态和环境污染问题。统计数据显示，2012年,浪费的严峻形势下，保障能源供应安全和推动能我国煤炭使用对环境PM2.5年均浓度的贡献估算源结构调整的迫切需要和现实选择。值为56%。其中，约六成的PM2.5是由煤炭直2煤炭低温热解技术是煤炭清洁高效利用的最接燃烧产生的，约四成的PM2.5是伴随煤炭使用佳途径的重点行业排放的。其中，因煤消费产生的-次PM2.5、二氧化硫和氮氧化物排放量分别占中国煤炭清洁高效利用技术主要包括煤制油(煤污染物排放总量的62%、93%和70%".随着煤的直接液化和间接液化技术)、煤制气和煤炭低炭消费量增长，我国二氧化碳等温室气体的排放温热解技术。量也显著增加。据国际能源机构统计，因消费煤煤直接液化是指将煤粉碎到-定粒度后，与炭排放的二氧化碳在能源活动中占比长期维持在供氢溶剂及催化剂等在一定温度和压力条件下，80%左右，2011 年达到83%，是中国能源活动:二直接作用，使煤加氢裂解形成小分子化合物的过氧化碳排放乃至温室气体排放的主体2。程。煤间接液化是将煤首先气化成CO和H,通我国煤炭储量丰富，其中57%都是低阶煤。过水气变换反应转化为一定H/C比的合成气，再低阶煤具有煤化程度低，化学结构中侧链较多，通过费托合成转化为烃类化合物的工艺。煤制气氢、氧含量较高，挥发分高等特点，含油率高达是以煤为原料，采用气化、净化和甲烷化技术制10%以上，特别是新疆哈密淖毛湖地区的低阶煤取合成天然气的工艺。含油率可达18%。当前，低阶煤大多未经分质利煤炭低温热解是煤在隔绝空气或惰性气氛的用便直接燃烧，造成其中所含高附加值的油气资条件下持续加热至一-定温度后， 获得半焦、煤焦源白白浪费，煤炭利用效率低下。油和煤气的工艺”。低温热解工艺主要包括两个阶段: .收稿日期: 2014-11-18(1)干燥吃奶阶邱湖底范里:室温到约作者简介:白太宽(1976- ), 男,河南西峡人，北京龙成300"C)。在中国煤化工，三某中含有的水慧能科技有限公司副总经理，化工工程师。分就被蒸发HCNMHG儿小。u怀冶1内处怀处吸附或者封2014年第12期白太宽:煤炭低温热解多联产技术-实现煤炭清洁高效利用的最佳途径闭的各种气体(主要有CH、N2 和CO2等)一意味着煤炭低温热解较煤制油、煤制气的能耗更般在约200 C左右才被脱除。当实际温度继续升低，能源转换效率更高。实际生产过程中，其代高并达到300 C左右时，煤样将开始发生热解反表性的煤直接液化、间接液化、煤制气工艺的能应。在这个温度阶段内，煤的表观结构尚未发生量转换效率分别为57.4%、42.4%、 56.6%， 而明显变化。煤炭低温热解工艺的能量转换效率能达到80%(2)活泼热分解阶段(温度范围:约300 C以上。到600 C)。当温度达到300 C,煤质开始变软,2.2碳排放 少同时产生挥发分。当温度达到约450C时，焦油我国温室气体排放总量已经位列世界第一。的产率达到最高值，而在450 C到600 C的阶段，美国国家能源部二氧化碳信息分析中心统计数据煤气的产量增加，主要成分有CO、CO2、H2O以显示，2013 年全球的二氧化碳排放量达到361亿t,及很多的其他烃类，热值较高。在这一温度区间其中，中国排放二氧化碳100亿t,美国52亿t,中，煤主要发生解聚以及分解反应，经历熔融、欧盟28国35亿t，中国的碳排放超过美国和欧缩聚过程，最终固化生成半焦。盟的总和。我国应对温室气体排放形势异常严峻。煤炭低温热解工艺是在相对温和的反应条谢克昌院士认为:碳减排的主要技术是提高件下(500-600 C、无压力、无需催化剂)，以化石能源的利用效率，特别是碳排放系数最高的较高的能源转换效率(均在80%以上)、较低的煤炭利用的低碳化。鉴于目前高碳能源是中国的水耗(吨煤水耗0.6t以下) 4),兼顾生产固体产主要-次能源和高碳能源在转化及利用过程中的品(半焦产率60%~70%)、液体产品(焦油产率污染性，节能就相当于减排。数据表明，从20067%~10%)、中高热值煤气(折标准状态，17 MJ/m'年到2008年，由于中国单位GDP能耗逐年降低以上)的煤清洁高效利用工艺。而节能3亿t标准煤，相当于减排二氧化碳7.5相比煤制油、煤制气技术，煤炭低温热解技亿t。可见，节能减排是高碳能源低碳化的重要术具有以下优势。途径(9。2.1能源转换效率高无论传统煤化工还是现代煤化工，能源转煤炭和石油、天然气都是自然界中以原有形换效率的提高，意味着经转换产生同等能量所式存在的、未经加工转换的、不可再生的一次能需的原料更少，工艺过程更节能，碳排放也就随源。固体煤主要由结构复杂的芳香烃组成，相对之减少。目前正大规模推广的煤直接液化制油项分子质量高达5000以上, H/C比不到1;石油目，整体能源转换效率为57.4%，1 t油品的二则主要是由结构简单的直链烃组成，相对分子质氧化碳排放量5.56t;煤间接液化制油项目，整量仅为200左右，H/C 比接近2;天然气的主要体能源转换效率为42.4%，1 t油品的二氧化碳排成分是甲烷，相对分子质量仅为16。放量6.68t;煤制气项目，整体能源转换效率为煤制油、煤制气是将煤的大分子结构彻底破56.6%，1 000 m3天然气的二氧化碳排放量5.0 t。坏，生成小分子，再重新组合成为目标产品，将如前所述，煤炭低温热解技术的能源转换效率远固体转变为液体、气体，必然需要较高的温度、高于煤制油、煤制气技术，所以碳排放较少。以压力和额外提供氢源、催化剂等反应条件。而煤曹妃甸某煤低温热解项目为例，该项目主要包括炭低温热解在反应前期，各个芳香结构单元间的煤炭低温热解阶段、煤气制氢联产LNG阶段和桥键受热发生断裂，形成自由基碎片，而脂肪侧.煤焦油加氢阶段，将劣质的低阶煤资源转变为优链、含氧官能团受热裂解，生成气态烃和小分子质的提质煤、燃料油和天然气资源，整体能源转物质，最终生成煤气和煤焦油;在反应后期，自换效率为90.7%，1t油品的二氧化碳排放量为由基碎片缩聚生成半焦。煤炭低温热解在反应过0.48t，1 000 m'天然气二氧化碳排放量为0.49 to程中并没有破坏核心的芳香结构，所以所需反应2.3水耗1MH中国煤化工条件较为温和，不需要加压、加氢和催化。这就我国水CNMH G.有2 100 m',.8煤炭加工与综合利用2014年第12期仅为世界人均水平的28%，而且能源与水资源呈占3.45%，而燃煤发电量占63%以上。而且通过逆向分布，能源丰富的地方缺水，水资源丰富的先进的燃煤及环保技术完全可以达到天然气发电地方缺能源。据中国煤炭地质总局统计，全国13的污染物排放标准(如上海外高桥第三发电厂)。个大型煤炭基地中，除云贵、两淮基地水资源较但燃煤发电将煤直接燃烧，没有提取煤中的油气为丰富外，其余11个基地均缺水。如此严峻的资源，未能兼顾我国油气短缺的能源现状。水资源形势对煤转化技术的水耗程度提出了最严所以，煤制油、煤制气技术是从当前煤未经苛的挑战。分质利用便直接燃烧的极端走向了将煤全部转化现有煤直接液化工艺，在煤液化阶段和粗油为油气的另一个极端。而煤炭低温热解技术既能稳定阶段均需充足、稳定的氢气供应，这些氢气缓解油气短缺的现状，又兼顾了燃煤发电，实现由干气通过与水蒸气的变换反应制得;煤间接液了煤炭的资源最大化利用，是一条切合我国国情化工艺和煤制气工艺，也需要水蒸气作为煤气化的煤炭清洁高效利用之路。阶段的气化剂和合成气中甲烷、氢气和- - -氧化碳3以煤炭低温热解技术为龙头的多联产技术具之间变换反应的中间反应物。所以，煤制油、煤有广阔的前景制气工艺在反应过程中的水耗较高。此外，还要消耗大量的冷却用水、锅炉用水等。据统计，煤煤炭低温热解技术具有极强的耦合性和延直接液化吨成品油水耗为5~6t新鲜水，煤间接展性，能够实现煤、油、气、电、化多联产一体液化吨成品油新鲜水耗为8~12t,煤制气1 000 m3化。以煤炭低温热解为龙头的多联产技术利用较天然气新鲜水耗为6.9 t。煤炭低温热解工艺在热少的能量将煤热解，得到气、液、固三种产品,解反应阶段生成的热解水，经过处理即可回用，有机集成煤炭发电和多种煤化学品加工工艺[-10),减少了工艺新鲜水耗;生成的煤气经制氢联产实现煤炭的清洁高效、分级分质、梯级利用，形LNG工艺得到的纯氢可满足煤焦油加氢需求，降成资源一能源一 环境一体化的多联产系统。 煤炭低了制氢水耗。以曹妃甸某煤低温热解项目为例，低温热解多联产技术工艺路线见图1。该项目吨成品油新鲜水耗仅为0.96t,生产1 000 m'煤炭低温热解多联产技术具有以下特点。3.1 实现煤炭资源 最大化利用天然气新鲜水耗仅为1.29 t。2.4兼顾油气供应和用煤现状煤炭低温热解多联产技术的基本思路是:原尽管我国煤炭总体储量丰富，但人均拥有量料煤经洗选后，在温和的条件(常压、500-600 C)低，仅为世界平均水平的67%，且经济 可采储量下，受热分解得到煤气、煤焦油、半焦和热解少。煤制油、煤制气技术是将煤炭全部转化为油水。煤气中含有大量的CH、CO和H2可提取氢气，虽然弥补了我国油气资源短缺的问题，但煤气和天然气，氢气为煤焦油加氢改质提供氢源;耗过高，与我国煤炭储量相对有限的国情并不相煤焦油可通过加氢改质生产清洁燃料柴油和石脑适应。正如原国家发改委能源研究所所长周大地向油，石脑油也是加工生产三苯的优质原料;剩余认为的:“虽然中国煤炭总体储量不小，但人均煤半焦热解后挥发分降低、有害元素减少，是清洁炭占有量只有世界平均值的60%，煤炭资源也是优质燃料川; 500 C的半焦直接进入循环流化床有限的，煤制油项目不是真正的优化方式。”两锅炉发电，每吨半焦可多发电80 kW:h;热解产院院士石元春口同样认为:“发展‘煤制气’是生的硫，通过湿法脱硫得到硫磺膏;热解水中含将存量不多和不可再生的煤炭资源由固态能量转有大量酚氨等有机物，采用新型油酚协同萃取工换为液态或气态，如果算上环境污染和耗水代艺，可回收价值较高的酚类、氨等，经净化后的价，这样的转化‘太不合算’。”水再用于其他工段，减少系统新鲜水耗。最终实而且，在未来一段时期内，我国的电力供应现煤由燃料向原料的转弯。有效根升能源转换效仍将主要依靠燃煤发电。据中国电力建设企业协率，最大中国煤化工会统计数据，2013 年，全国发电总量中，气电仅HCNMHG.2014 年第12期白太寬:煤炭低温热解多联产技术一实 现煤炭清洁高效利用的最佳途径9控制提质煤挥发分含量→[高炉喷吹}发电←满足各种发电钢炉>提质煤.-化工煤矸石液体→F-T合成}→;L气化HIGCC等|分馏+粗酚、粗柴油等洗选t热解-➢煤焦油[加氢。r柴油H2↑4→石脑油-→三苯等原料煤制氢联产→天然气LNG酚、氨等酚氨废水- +酚氨回收>生化及深度处理F 一→[ 循环利用图1煤炭低温热解多联产技术工艺路线我国低阶煤储量丰富，大多未经分质利用便用拓展为煤、油、气、电、化多元化利用，实现直接燃烧利用。以神府一东胜煤田为例，该煤田产业结构升级，多联产系统内各单元相互提供原煤炭探明储量为2 300亿t,如果全部以煤炭低温料，耦合形成统一整体，同时可集中建设公共设热解多联产技术分级分质利用，可以生产约173施，有效降低生产成本，提高经济效益。若建设亿t油品和12万亿m3天然气，“大煤田”就等于一个3000万t/a的煤炭低温热解多联产--体化基是“大油田”、“大气田”。地，可生产优质煤2100万t、柴油165万t、石3.2实现污染物最小化排放脑油45万t和天然气15亿m',实现销售收入.煤炭在洗选过程中，可脱除煤中50%~80%345亿元，利润58亿元。的灰分、30%~40%的全硫。在热解过程中，4结语20%~30%硫元素、10%~30% 的氮元素转移至煤气和煤焦油中。煤气中硫元素采用湿法脱硫工艺习近平总书记在中央财经领导小组第六次会转化为硫磺膏回收利用;氮元素以氮气形式存议上强调，大力推进煤炭清洁高效利用。李克强在，不产生有害的NO,。煤焦油的硫、氮元素在.总理在新-届国家能源委员会首次会议上要求，加氢精制的过程中以HS、NH3的形式脱除，并促进煤炭集中高效利用代替粗放利用，保护大气被回收利用。经过热解多联产得到的提质煤，硫、环境。国家有关部门也相应出台了一系列鼓励和氮含量减少，挥发分大大降低，燃烧利用过程中支持煤炭清洁、高效、综合利用的产业政策。煤产生的烟尘、SO2、NO、VOC, 等污染物大幅度炭低温热解技术具有能源转化效率高、碳排放降低，可有效缓解雾霾，同时配合先进的脱硫脱少、水耗低等优势，既能够通过从煤中提取油硝工艺，污染物的排放可达到燃气的排放标准。气，一定程度填补国内日益紧张的油气缺口，又煤炭低温热解多联产工艺产生的酚氨废水采用新兼顾了煤炭利用以燃煤发电为主的国情，是实现型油酚协同萃取工艺，经过生化及深度处理回煤炭清洁、高效利用的最佳途径。以煤炭低温热用，实现废水零排放，可有效解决制约煤化工发解为龙头的多联产技术实现了煤炭资源的最大化展的酚氨废水难题。利用、污染物的最小化排放和经济效益的最可观3.3实 现最可观的经济效益提升，准确他7A 7「国煤化工方向，理应得煤炭低温热解多联产技术将单一的燃煤利到全国范围YHCNMHG.煤炭加工与综合利用COAL PROCESSING & COMPREHENSIVE UTILIZATIONNo.12，2014甲醇制烯烃项目下游产品的发展前景王中银(徐州矿务集团有限公司产业经济研究院，江苏徐州221006)摘要:分析了甲醇制烯烃项目所生产的乙烯和丙烯下游产品的市场和技术现状、依托条件、装置规模和投资，指出了这些产品的发展前景。关键词:甲醇;烯烃;衍生物;投资;市场分析;技术经济评价中图分类号: F426.72文献标识码: A文章编号: 1005-8397 (2014) 12-0010-04甲醇制烯烃项目生产的乙烯和丙烯为气体,其他2.43%。通常加工成液体或固体下游产品对外销售。现分1.1 聚乙烯析乙烯、丙烯下游产品的市场和技术现状、依托1.1.1市场和技 术现状条件、装置规模和投资，以及发展前景，供项目2013年我国聚乙烯产能1303.8万ta，产量开发参考。1110万t,净进口861.3万t,表观消费量19713万t。1乙烯下游产 品分析聚乙烯技术引进及项目建设难度较小。2013年我国乙烯当量消费量3485万t,其1.1.2依托条件、 装置规模及投资聚乙烯装置主要原料为乙烯，可由甲醇制烯消费结构:聚乙烯占55.44%、环氧乙烷/乙二醇烃装置提供，“三废”排放量小。《产业结构调整25.26%、苯乙烯6.88%、氯乙烯(PVC) 5.55%、醋酸乙烯2.22%、EVA1.78%、 乙丙橡胶0.44%、指导目录(2011年本，2013 年修订)》中已明确将“20万tla以下聚乙烯装置”列入限制类目录。收稿日期: 2014-11-2830万ta聚乙烯装置总投资约15亿元。作者简介:王中银(1964- -),男，江苏徐州人，19999 年毕1.1.3 发展前景业于中国矿业大学管理工程专业，管理学学士,徐州矿务集团有聚乙烯市场需求基数和供需缺口均较大，技术限公司产业经济研究院高级工程师。参考文献[8]林火灿. 争议“煤制气" N].经济日报，201404-14.[I]《中国煤炭消 费总量控制方案和政策研究项目》课题组.煤9] 尚建选，王立杰，甘建平.陕北低变质煤分质综合利用前景展望[].煤炭转化，2011 (1): 92-96.炭使用对中国大气污染的贡献[R], 2014.[10] Yogendra Shastri, Urmila Diwekar. 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