煤炭低溫熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)——實(shí)現煤炭清潔高效利用的最佳途徑

煤炭加工與綜合利用COAL PROCESSING & COMPREHENSIVE UTLIZATIONNo.12，2014煤炭低溫熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)實(shí)現煤炭清潔高效利用的最佳途徑白太寬(北京龍成慧能科技有限公司，北京100026),摘要;對煤制油，煤制氣和煤炭低溫熱解技術(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較，論證煤炭低溫熱解技.術(shù)是實(shí)現煤炭清潔高效利用的最佳途徑，分析了以煤炭低溫熱解為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)勢和前景。關(guān)鍵詞:煤;低溫干餾;聯(lián)產(chǎn)法;技術(shù)經(jīng)濟比較中圖分類(lèi)號: F426文獻標識碼: A文章編號: 1005-8397 (2014) 120006.051煤炭利用必須走清潔高效利用之 路綜上所述，清潔高效利用煤炭，是在煤炭仍長(cháng)期以來(lái)，作為我國主體能源的煤炭，利用將長(cháng)期是我國主體能源的現實(shí)背景下，在因煤炭方式單一粗放， 大多直接燃燒，引發(fā)一系列嚴重利用粗放造成嚴重環(huán)境污染和低階煤中油氣資源的生態(tài)和環(huán)境污染問(wèn)題。統計數據顯示，2012年,浪費的嚴峻形勢下，保障能源供應安全和推動(dòng)能我國煤炭使用對環(huán)境PM2.5年均濃度的貢獻估算源結構調整的迫切需要和現實(shí)選擇。值為56%。其中，約六成的PM2.5是由煤炭直2煤炭低溫熱解技術(shù)是煤炭清潔高效利用的最接燃燒產(chǎn)生的，約四成的PM2.5是伴隨煤炭使用佳途徑的重點(diǎn)行業(yè)排放的。其中，因煤消費產(chǎn)生的-次PM2.5、二氧化硫和氮氧化物排放量分別占中國煤炭清潔高效利用技術(shù)主要包括煤制油(煤污染物排放總量的62%、93%和70%".隨著(zhù)煤的直接液化和間接液化技術(shù))、煤制氣和煤炭低炭消費量增長(cháng)，我國二氧化碳等溫室氣體的排放溫熱解技術(shù)。量也顯著(zhù)增加。據國際能源機構統計，因消費煤煤直接液化是指將煤粉碎到-定粒度后，與炭排放的二氧化碳在能源活動(dòng)中占比長(cháng)期維持在供氫溶劑及催化劑等在一定溫度和壓力條件下，80%左右，2011 年達到83%，是中國能源活動(dòng):二直接作用，使煤加氫裂解形成小分子化合物的過(guò)氧化碳排放乃至溫室氣體排放的主體2。程。煤間接液化是將煤首先氣化成CO和H,通我國煤炭?jì)α控S富，其中57%都是低階煤。過(guò)水氣變換反應轉化為一定H/C比的合成氣，再低階煤具有煤化程度低，化學(xué)結構中側鏈較多，通過(guò)費托合成轉化為烴類(lèi)化合物的工藝。煤制氣氫、氧含量較高，揮發(fā)分高等特點(diǎn)，含油率高達是以煤為原料，采用氣化、凈化和甲烷化技術(shù)制10%以上，特別是新疆哈密淖毛湖地區的低階煤取合成天然氣的工藝。含油率可達18%。當前，低階煤大多未經(jīng)分質(zhì)利煤炭低溫熱解是煤在隔絕空氣或惰性氣氛的用便直接燃燒，造成其中所含高附加值的油氣資條件下持續加熱至一-定溫度后， 獲得半焦、煤焦源白白浪費，煤炭利用效率低下。油和煤氣的工藝”。低溫熱解工藝主要包括兩個(gè)階段: .收稿日期: 2014-11-18(1)干燥吃奶階邱湖底范里:室溫到約作者簡(jiǎn)介:白太寬(1976- ), 男,河南西峽人，北京龍成300"C)。在中國煤化工，三某中含有的水慧能科技有限公司副總經(jīng)理，化工工程師。分就被蒸發(fā)HCNMHG兒小。u懷冶1內處懷處吸附或者封2014年第12期白太寬:煤炭低溫熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)-實(shí)現煤炭清潔高效利用的最佳途徑閉的各種氣體(主要有CH、N2 和CO2等)一意味著(zhù)煤炭低溫熱解較煤制油、煤制氣的能耗更般在約200 C左右才被脫除。當實(shí)際溫度繼續升低，能源轉換效率更高。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，其代高并達到300 C左右時(shí)，煤樣將開(kāi)始發(fā)生熱解反表性的煤直接液化、間接液化、煤制氣工藝的能應。在這個(gè)溫度階段內，煤的表觀(guān)結構尚未發(fā)生量轉換效率分別為57.4%、42.4%、 56.6%， 而明顯變化。煤炭低溫熱解工藝的能量轉換效率能達到80%(2)活潑熱分解階段(溫度范圍:約300 C以上。到600 C)。當溫度達到300 C,煤質(zhì)開(kāi)始變軟,2.2碳排放 少同時(shí)產(chǎn)生揮發(fā)分。當溫度達到約450C時(shí)，焦油我國溫室氣體排放總量已經(jīng)位列世界第一。的產(chǎn)率達到最高值，而在450 C到600 C的階段，美國國家能源部二氧化碳信息分析中心統計數據煤氣的產(chǎn)量增加，主要成分有CO、CO2、H2O以顯示，2013 年全球的二氧化碳排放量達到361億t,及很多的其他烴類(lèi)，熱值較高。在這一溫度區間其中，中國排放二氧化碳100億t,美國52億t,中，煤主要發(fā)生解聚以及分解反應，經(jīng)歷熔融、歐盟28國35億t，中國的碳排放超過(guò)美國和歐縮聚過(guò)程，最終固化生成半焦。盟的總和。我國應對溫室氣體排放形勢異常嚴峻。煤炭低溫熱解工藝是在相對溫和的反應條謝克昌院士認為:碳減排的主要技術(shù)是提高件下(500-600 C、無(wú)壓力、無(wú)需催化劑)，以化石能源的利用效率，特別是碳排放系數最高的較高的能源轉換效率(均在80%以上)、較低的煤炭利用的低碳化。鑒于目前高碳能源是中國的水耗(噸煤水耗0.6t以下) 4),兼顧生產(chǎn)固體產(chǎn)主要-次能源和高碳能源在轉化及利用過(guò)程中的品(半焦產(chǎn)率60%~70%)、液體產(chǎn)品(焦油產(chǎn)率污染性，節能就相當于減排。數據表明，從20067%~10%)、中高熱值煤氣(折標準狀態(tài)，17 MJ/m'年到2008年，由于中國單位GDP能耗逐年降低以上)的煤清潔高效利用工藝。而節能3億t標準煤，相當于減排二氧化碳7.5相比煤制油、煤制氣技術(shù)，煤炭低溫熱解技億t?？梢?jiàn)，節能減排是高碳能源低碳化的重要術(shù)具有以下優(yōu)勢。途徑(9。2.1能源轉換效率高無(wú)論傳統煤化工還是現代煤化工，能源轉煤炭和石油、天然氣都是自然界中以原有形換效率的提高，意味著(zhù)經(jīng)轉換產(chǎn)生同等能量所式存在的、未經(jīng)加工轉換的、不可再生的一次能需的原料更少，工藝過(guò)程更節能，碳排放也就隨源。固體煤主要由結構復雜的芳香烴組成，相對之減少。目前正大規模推廣的煤直接液化制油項分子質(zhì)量高達5000以上, H/C比不到1;石油目，整體能源轉換效率為57.4%，1 t油品的二則主要是由結構簡(jiǎn)單的直鏈烴組成，相對分子質(zhì)氧化碳排放量5.56t;煤間接液化制油項目，整量?jì)H為200左右，H/C 比接近2;天然氣的主要體能源轉換效率為42.4%，1 t油品的二氧化碳排成分是甲烷，相對分子質(zhì)量?jì)H為16。放量6.68t;煤制氣項目，整體能源轉換效率為煤制油、煤制氣是將煤的大分子結構徹底破56.6%，1 000 m3天然氣的二氧化碳排放量5.0 t。壞，生成小分子，再重新組合成為目標產(chǎn)品，將如前所述，煤炭低溫熱解技術(shù)的能源轉換效率遠固體轉變?yōu)橐后w、氣體，必然需要較高的溫度、高于煤制油、煤制氣技術(shù)，所以碳排放較少。以壓力和額外提供氫源、催化劑等反應條件。而煤曹妃甸某煤低溫熱解項目為例，該項目主要包括炭低溫熱解在反應前期，各個(gè)芳香結構單元間的煤炭低溫熱解階段、煤氣制氫聯(lián)產(chǎn)LNG階段和橋鍵受熱發(fā)生斷裂，形成自由基碎片，而脂肪側.煤焦油加氫階段，將劣質(zhì)的低階煤資源轉變?yōu)閮?yōu)鏈、含氧官能團受熱裂解，生成氣態(tài)烴和小分子質(zhì)的提質(zhì)煤、燃料油和天然氣資源，整體能源轉物質(zhì)，最終生成煤氣和煤焦油;在反應后期，自換效率為90.7%，1t油品的二氧化碳排放量為由基碎片縮聚生成半焦。煤炭低溫熱解在反應過(guò)0.48t，1 000 m'天然氣二氧化碳排放量為0.49 to程中并沒(méi)有破壞核心的芳香結構，所以所需反應2.3水耗1MH中國煤化工條件較為溫和，不需要加壓、加氫和催化。這就我國水CNMH G.有2 100 m',.8煤炭加工與綜合利用2014年第12期僅為世界人均水平的28%，而且能源與水資源呈占3.45%，而燃煤發(fā)電量占63%以上。而且通過(guò)逆向分布，能源豐富的地方缺水，水資源豐富的先進(jìn)的燃煤及環(huán)保技術(shù)完全可以達到天然氣發(fā)電地方缺能源。據中國煤炭地質(zhì)總局統計，全國13的污染物排放標準(如上海外高橋第三發(fā)電廠(chǎng))。個(gè)大型煤炭基地中，除云貴、兩淮基地水資源較但燃煤發(fā)電將煤直接燃燒，沒(méi)有提取煤中的油氣為豐富外，其余11個(gè)基地均缺水。如此嚴峻的資源，未能兼顧我國油氣短缺的能源現狀。水資源形勢對煤轉化技術(shù)的水耗程度提出了最嚴所以，煤制油、煤制氣技術(shù)是從當前煤未經(jīng)苛的挑戰。分質(zhì)利用便直接燃燒的極端走向了將煤全部轉化現有煤直接液化工藝，在煤液化階段和粗油為油氣的另一個(gè)極端。而煤炭低溫熱解技術(shù)既能穩定階段均需充足、穩定的氫氣供應，這些氫氣緩解油氣短缺的現狀，又兼顧了燃煤發(fā)電，實(shí)現由干氣通過(guò)與水蒸氣的變換反應制得;煤間接液了煤炭的資源最大化利用，是一條切合我國國情化工藝和煤制氣工藝，也需要水蒸氣作為煤氣化的煤炭清潔高效利用之路。階段的氣化劑和合成氣中甲烷、氫氣和- - -氧化碳3以煤炭低溫熱解技術(shù)為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)具之間變換反應的中間反應物。所以，煤制油、煤有廣闊的前景制氣工藝在反應過(guò)程中的水耗較高。此外，還要消耗大量的冷卻用水、鍋爐用水等。據統計，煤煤炭低溫熱解技術(shù)具有極強的耦合性和延直接液化噸成品油水耗為5~6t新鮮水，煤間接展性，能夠實(shí)現煤、油、氣、電、化多聯(lián)產(chǎn)一體液化噸成品油新鮮水耗為8~12t,煤制氣1 000 m3化。以煤炭低溫熱解為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)利用較天然氣新鮮水耗為6.9 t。煤炭低溫熱解工藝在熱少的能量將煤熱解，得到氣、液、固三種產(chǎn)品,解反應階段生成的熱解水，經(jīng)過(guò)處理即可回用，有機集成煤炭發(fā)電和多種煤化學(xué)品加工工藝[-10),減少了工藝新鮮水耗;生成的煤氣經(jīng)制氫聯(lián)產(chǎn)實(shí)現煤炭的清潔高效、分級分質(zhì)、梯級利用，形LNG工藝得到的純氫可滿(mǎn)足煤焦油加氫需求，降成資源一能源一 環(huán)境一體化的多聯(lián)產(chǎn)系統。 煤炭低了制氫水耗。以曹妃甸某煤低溫熱解項目為例，低溫熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)工藝路線(xiàn)見(jiàn)圖1。該項目噸成品油新鮮水耗僅為0.96t,生產(chǎn)1 000 m'煤炭低溫熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)具有以下特點(diǎn)。3.1 實(shí)現煤炭資源 最大化利用天然氣新鮮水耗僅為1.29 t。2.4兼顧油氣供應和用煤現狀煤炭低溫熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的基本思路是:原盡管我國煤炭總體儲量豐富，但人均擁有量料煤經(jīng)洗選后，在溫和的條件(常壓、500-600 C)低，僅為世界平均水平的67%，且經(jīng)濟 可采儲量下，受熱分解得到煤氣、煤焦油、半焦和熱解少。煤制油、煤制氣技術(shù)是將煤炭全部轉化為油水。煤氣中含有大量的CH、CO和H2可提取氫氣，雖然彌補了我國油氣資源短缺的問(wèn)題，但煤氣和天然氣，氫氣為煤焦油加氫改質(zhì)提供氫源;耗過(guò)高，與我國煤炭?jì)α肯鄬τ邢薜膰椴⒉幌嗝航褂涂赏ㄟ^(guò)加氫改質(zhì)生產(chǎn)清潔燃料柴油和石腦適應。正如原國家發(fā)改委能源研究所所長(cháng)周大地向油，石腦油也是加工生產(chǎn)三苯的優(yōu)質(zhì)原料;剩余認為的:“雖然中國煤炭總體儲量不小，但人均煤半焦熱解后揮發(fā)分降低、有害元素減少，是清潔炭占有量只有世界平均值的60%，煤炭資源也是優(yōu)質(zhì)燃料川; 500 C的半焦直接進(jìn)入循環(huán)流化床有限的，煤制油項目不是真正的優(yōu)化方式?！眱慑仩t發(fā)電，每噸半焦可多發(fā)電80 kW:h;熱解產(chǎn)院院士石元春口同樣認為:“發(fā)展‘煤制氣’是生的硫，通過(guò)濕法脫硫得到硫磺膏;熱解水中含將存量不多和不可再生的煤炭資源由固態(tài)能量轉有大量酚氨等有機物，采用新型油酚協(xié)同萃取工換為液態(tài)或氣態(tài)，如果算上環(huán)境污染和耗水代藝，可回收價(jià)值較高的酚類(lèi)、氨等，經(jīng)凈化后的價(jià)，這樣的轉化‘太不合算’?！彼儆糜谄渌ざ?，減少系統新鮮水耗。最終實(shí)而且，在未來(lái)一段時(shí)期內，我國的電力供應現煤由燃料向原料的轉彎。有效根升能源轉換效仍將主要依靠燃煤發(fā)電。據中國電力建設企業(yè)協(xié)率，最大中國煤化工會(huì )統計數據，2013 年，全國發(fā)電總量中，氣電僅HCNMHG.2014 年第12期白太寬:煤炭低溫熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)一實(shí) 現煤炭清潔高效利用的最佳途徑9控制提質(zhì)煤揮發(fā)分含量→[高爐噴吹}發(fā)電←滿(mǎn)足各種發(fā)電鋼爐>提質(zhì)煤.-化工煤矸石液體→F-T合成}→;L氣化HIGCC等|分餾+粗酚、粗柴油等洗選t熱解-?煤焦油[加氫。r柴油H2↑4→石腦油-→三苯等原料煤制氫聯(lián)產(chǎn)→天然氣LNG酚、氨等酚氨廢水- +酚氨回收>生化及深度處理F 一→[ 循環(huán)利用圖1煤炭低溫熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)工藝路線(xiàn)我國低階煤儲量豐富，大多未經(jīng)分質(zhì)利用便用拓展為煤、油、氣、電、化多元化利用，實(shí)現直接燃燒利用。以神府一東勝煤田為例，該煤田產(chǎn)業(yè)結構升級，多聯(lián)產(chǎn)系統內各單元相互提供原煤炭探明儲量為2 300億t,如果全部以煤炭低溫料，耦合形成統一整體，同時(shí)可集中建設公共設熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)分級分質(zhì)利用，可以生產(chǎn)約173施，有效降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。若建設億t油品和12萬(wàn)億m3天然氣，“大煤田”就等于一個(gè)3000萬(wàn)t/a的煤炭低溫熱解多聯(lián)產(chǎn)--體化基是“大油田”、“大氣田”。地，可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煤2100萬(wàn)t、柴油165萬(wàn)t、石3.2實(shí)現污染物最小化排放腦油45萬(wàn)t和天然氣15億m',實(shí)現銷(xiāo)售收入.煤炭在洗選過(guò)程中，可脫除煤中50%~80%345億元，利潤58億元。的灰分、30%~40%的全硫。在熱解過(guò)程中，4結語(yǔ)20%~30%硫元素、10%~30% 的氮元素轉移至煤氣和煤焦油中。煤氣中硫元素采用濕法脫硫工藝習近平總書(shū)記在中央財經(jīng)領(lǐng)導小組第六次會(huì )轉化為硫磺膏回收利用;氮元素以氮氣形式存議上強調，大力推進(jìn)煤炭清潔高效利用。李克強在，不產(chǎn)生有害的NO,。煤焦油的硫、氮元素在.總理在新-屆國家能源委員會(huì )首次會(huì )議上要求，加氫精制的過(guò)程中以HS、NH3的形式脫除，并促進(jìn)煤炭集中高效利用代替粗放利用，保護大氣被回收利用。經(jīng)過(guò)熱解多聯(lián)產(chǎn)得到的提質(zhì)煤，硫、環(huán)境。國家有關(guān)部門(mén)也相應出臺了一系列鼓勵和氮含量減少，揮發(fā)分大大降低，燃燒利用過(guò)程中支持煤炭清潔、高效、綜合利用的產(chǎn)業(yè)政策。煤產(chǎn)生的煙塵、SO2、NO、VOC, 等污染物大幅度炭低溫熱解技術(shù)具有能源轉化效率高、碳排放降低，可有效緩解霧霾，同時(shí)配合先進(jìn)的脫硫脫少、水耗低等優(yōu)勢，既能夠通過(guò)從煤中提取油硝工藝，污染物的排放可達到燃氣的排放標準。氣，一定程度填補國內日益緊張的油氣缺口，又煤炭低溫熱解多聯(lián)產(chǎn)工藝產(chǎn)生的酚氨廢水采用新兼顧了煤炭利用以燃煤發(fā)電為主的國情，是實(shí)現型油酚協(xié)同萃取工藝，經(jīng)過(guò)生化及深度處理回煤炭清潔、高效利用的最佳途徑。以煤炭低溫熱用，實(shí)現廢水零排放，可有效解決制約煤化工發(fā)解為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)實(shí)現了煤炭資源的最大化展的酚氨廢水難題。利用、污染物的最小化排放和經(jīng)濟效益的最可觀(guān)3.3實(shí) 現最可觀(guān)的經(jīng)濟效益提升，準確他7A 7「國煤化工方向，理應得煤炭低溫熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)將單一的燃煤利到全國范圍YHCNMHG.煤炭加工與綜合利用COAL PROCESSING & COMPREHENSIVE UTILIZATIONNo.12，2014甲醇制烯烴項目下游產(chǎn)品的發(fā)展前景王中銀(徐州礦務(wù)集團有限公司產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟研究院，江蘇徐州221006)摘要:分析了甲醇制烯烴項目所生產(chǎn)的乙烯和丙烯下游產(chǎn)品的市場(chǎng)和技術(shù)現狀、依托條件、裝置規模和投資，指出了這些產(chǎn)品的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:甲醇;烯烴;衍生物;投資;市場(chǎng)分析;技術(shù)經(jīng)濟評價(jià)中圖分類(lèi)號: F426.72文獻標識碼: A文章編號: 1005-8397 (2014) 12-0010-04甲醇制烯烴項目生產(chǎn)的乙烯和丙烯為氣體,其他2.43%。通常加工成液體或固體下游產(chǎn)品對外銷(xiāo)售?，F分1.1 聚乙烯析乙烯、丙烯下游產(chǎn)品的市場(chǎng)和技術(shù)現狀、依托1.1.1市場(chǎng)和技 術(shù)現狀條件、裝置規模和投資，以及發(fā)展前景，供項目2013年我國聚乙烯產(chǎn)能1303.8萬(wàn)ta，產(chǎn)量開(kāi)發(fā)參考。1110萬(wàn)t,凈進(jìn)口861.3萬(wàn)t,表觀(guān)消費量19713萬(wàn)t。1乙烯下游產(chǎn) 品分析聚乙烯技術(shù)引進(jìn)及項目建設難度較小。2013年我國乙烯當量消費量3485萬(wàn)t,其1.1.2依托條件、 裝置規模及投資聚乙烯裝置主要原料為乙烯，可由甲醇制烯消費結構:聚乙烯占55.44%、環(huán)氧乙烷/乙二醇烴裝置提供，“三廢”排放量小?！懂a(chǎn)業(yè)結構調整25.26%、苯乙烯6.88%、氯乙烯(PVC) 5.55%、醋酸乙烯2.22%、EVA1.78%、 乙丙橡膠0.44%、指導目錄(2011年本，2013 年修訂)》中已明確將“20萬(wàn)tla以下聚乙烯裝置”列入限制類(lèi)目錄。收稿日期: 2014-11-2830萬(wàn)ta聚乙烯裝置總投資約15億元。作者簡(jiǎn)介:王中銀(1964- -),男，江蘇徐州人，19999 年畢1.1.3 發(fā)展前景業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)管理工程專(zhuān)業(yè)，管理學(xué)學(xué)士,徐州礦務(wù)集團有聚乙烯市場(chǎng)需求基數和供需缺口均較大，技術(shù)限公司產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟研究院高級工程師。參考文獻[8]林火燦. 爭議“煤制氣" N].經(jīng)濟日報，201404-14.[I]《中國煤炭消 費總量控制方案和政策研究項目》課題組.煤9] 尚建選，王立杰，甘建平.陜北低變質(zhì)煤分質(zhì)綜合利用前景展望[].煤炭轉化，2011 (1): 92-96.炭使用對中國大氣污染的貢獻[R], 2014.[10] Yogendra Shastri, Urmila Diwekar. 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