低阶煤低温热解多联产助推煤炭消费革命
2015-05-11 11:28:49   来源：   评论：0 点击：

　　我国能源结构的特点决定了煤炭在今后相当一段时期仍是国内的主体能源。然而，随着社会公众对环保的关注度提高，煤炭带来的环境问题也日益引发关注。如何使煤炭在保持主体能源地位的同时，又实现清洁生产?一个思路最近引发业界热议：把低温热解技术和高效燃煤发电技术相耦合，将煤炭分级分质转化为油、气、电，可大量减少二氧化碳、二氧化硫、粉尘等燃煤污染，比现有煤炭应用技术节能10%以上。

　　如果“十三五”时期在煤炭、煤电基地建设示范并推广低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产项目，可以推进我国煤炭生产和消费革命。

　　现状： 低阶煤利用不当带来环境问题

　　所谓低阶煤，是指处于低变质阶段的煤，根据煤化程度，可分为低变质烟煤(包括长焰煤、不黏煤、弱黏煤)和褐煤。我国探明煤炭资源储量14842.9亿吨，其中低阶煤占59%，约8757.3亿吨。2013年，全国煤炭产量36.8亿吨，其中低阶煤产量18亿吨，占49%;全国煤炭消费量36.5亿吨，其中低阶煤消费量19.2亿吨，占52.6%。

　　当前，我国90%以上的低阶煤用作发电、工业锅炉和民用燃料直接燃烧，由此引发一系列严重的生态和环境污染问题，且白白浪费了低阶煤中蕴藏的油、气和化学品资源。2012年，我国煤炭使用对环境PM2.5年均浓度的贡献估算值为56%。这其中，约六成是由煤炭直接燃烧产生的，约四成是由使用煤炭的重点行业排放的。因此，治理燃煤污染，必须改变以往仅将煤炭作为燃料为主的利用方式，将煤炭作为燃料和原料并重分级转化、梯级利用是较为合理的方式。而对于占我国煤炭储量一半以上的低阶煤而言，热解是一种较好的利用方式。

　　煤的热解是指将煤在惰性气氛下持续加热至较高温度时发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过程。在此过程中，煤发生交联键断裂、产物重组和二次反应得到气体(煤气)、液体(焦油)及固体(半焦)等产物。按煤热解温度，热解分为低温热解(500～600℃)、中温热解(650～800℃)、高温热解(900～1000℃)和超高温热解(>1200℃)。

　　对于低阶煤而言，其煤化程度低、挥发分高、水含量高，直接燃烧或气化效率低;而其有机质化学结构中侧链较多，有机质元素组成中氢氧含量较高，可以以最小的能耗和物耗，通过热解方式，获取所需的清洁能源和化学品。

　　为得到高产率的煤焦油和煤气，低阶煤大多采用低温热解的方式。现有低温热解技术主要有LFC工艺、LCC工艺、DG工艺、MRF工艺、循环流化床煤分级转化多联产技术、蓄热式无热载体旋转床干馏技术、神华模块化固体热载体技术等，均不同程度地攻克了一些重大热解技术难题，但大多处于小试或中试阶段，均未实现规模化工业运行。此外，龙成低阶煤旋转床热解技术已实现1000万吨/年规模装置(单套80万吨)稳定运行，具有单套装置规模大、焦油产率高、能源转换效率高、原料适应性强、水资源消耗低、环境污染小、酚氨废水实现近零排放等特点。该成果已通过中国石油和化学工业联合会科技成果鉴定。

　　对策： 分级分质清洁利用成重要途径

　　低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产，是实现低阶煤分级分质清洁高效利用的重要途径。中国工程院组织30位院士、400多位专家和95家单位历时两年完成的《中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究》认为：“以煤的部分裂解气化制高级油品、半焦发电、灰渣综合利用为主要特点的煤分级转化技术，与现有煤燃烧与煤气化技术相比，在能耗、环保以及经济性方面具有优越性，可以跨越式提高煤炭利用效率、环境效益和经济性，有望改变现有煤炭利用方式，促进传统产业的升级改造。”

　　低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产，是以低温热解技术为先导，与先进的燃煤发电技术相结合，将低阶煤分级分质转化为油、气、电，若平均每吨低阶煤按产油率7.1%和产甲烷气率4.2%估算，每年可从全国消费的19.2亿吨低阶煤中提取燃料油1.37亿吨、液化天然气(LNG)0.81亿吨，发电3.22万亿千瓦时，实现低阶煤资源的最大化利用，符合中央提出的煤炭生产和消费革命构想，是实现低阶煤分级分质清洁高效利用的重要途径。具体看，多联产有以下几个途径：

　　煤气制氢联产LNG。低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产技术所产煤气甲烷含量高、惰性成分低、热值高，低位热值约为5800～6500千卡/标准立方米，同时含有一定量的氢气，可经脱硫、转化、变换、深冷等环节，制取氢气联产LNG，并为煤焦油加氢改质提供氢源。

　　煤焦油加氢改质制取柴油、石脑油。低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产技术所产低温煤焦油密度小、氢含量高、热值高、水分低、胶质及沥青质含量低，易于加氢改质制取清洁的柴油和石脑油等主要产品。

　　洁净煤发电。低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产技术可制取洁净煤，根据选择不同的原料煤，通过控制工艺来控制洁净煤的挥发分，满足煤粉锅炉和循环流化床锅炉发电的用煤要求。

　　意义： 促节能减排保安全提升竞争力

　　从我国的现实情况看，低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产意义重大。

　　首先，可促进节能减排，实现煤炭清洁利用。

　　低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产技术可通过热解过程脱硫、脱氮、脱除热解水，使热解产物替代散煤以及干煤密封运输，减少温室气体和污染物排放，实现煤炭清洁燃烧、低碳利用。

　　热解过程中脱硫脱氮，可减少污染物排放。热解过程中，煤中的可燃硫以硫化氢形式存在于煤气中。硫化氢经后续脱硫工序生成单质硫，加工制成硫黄膏回收利用，脱硫率达98%以上。煤中氮元素以氮气形式脱除，从而减轻大气污染。

　　热解产物替代散煤，可减少燃煤污染。2013年，全国煤炭消费量约36.5亿吨(低阶煤消费量约19.2亿吨)，其中发电燃煤18.1亿吨、工业锅炉燃煤7.2亿吨、民用燃煤2.9亿吨。若利用该技术，从每年全国消费的低阶煤中可提取油品1.37亿吨、LNG0.81亿吨。若将其中0.55亿吨LNG替代全部民用燃煤，将剩余的0.26亿吨LNG和提取的1.37亿吨油品替代工业锅炉用煤，可减排二氧化碳10.95亿吨，相当于全国总排放量的13.40%;减排二氧化硫578.74万吨，相当于全国总排放量的27.83%;减排粉尘399.22万吨，相当于全国总排放量的31.24%;减排氮氧化合物171.56万吨，相当于全国总排放量的7.70%。

　　热解过程中脱除热解水，可减少无效能耗，实现节能发电。低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产技术可将低温热解产出的洁净煤用于电厂发电，因热值提高、热解水减少，每发1千瓦时电可减少煤耗1.9克标煤。以1000兆瓦电厂为例，全年可节煤1.04万吨标煤。

　　干煤密封储运，可实现节能降耗，减少粉尘污染。煤炭在铁路运输过程中，因振动泄漏及风流作用扬起的煤尘会造成严重的煤炭资源浪费。据铁路运输部门统计，2012年，我国因煤炭运输扬尘散落的煤粉达1850万吨，同时煤尘漂浮到大气中，产生大量可吸入颗粒粉尘，导致严重的大气污染 。

　　原料煤经低温热解可脱除煤中20%左右的水，且洁净煤的热值随之提升5%～10%，可减少煤炭运量、降低运输成本。更重要的是，这样便可采用密封方式储存和运输洁净煤，既能降低运输能耗，又可减少扬尘污染。2013年全国铁路运输23.2亿吨煤，其中低阶煤运量约10亿吨，采用干煤密封运输，可降低25%的运输能耗(折标煤70万吨)，可避免散装运输途中1%的煤炭损耗(约1000万吨)，减少运输途中1000万吨的扬尘污染，实现煤炭清洁运输。

　　其次，可立足国内资源，提升油气安全保障。

　　《中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究》指出：“以发电为主的煤热解气化半焦燃烧分级转化多联产近零排放污染物灰渣资源化回收技术具有巨大潜力。2011年7.65亿千瓦火电装机，18亿吨耗煤，90%以上烟煤和褐煤，其所含挥发分可转化为2700亿立方米合成天然气，相当于我国天然气消费量的2倍多;或2.2亿吨燃油，接近我国石油消费量的一半，与石油进口量相当 。”

　　若采用低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产技术，加工全国每年消费的约19.2亿吨低阶煤，可为国家提供约1.37亿吨的油品和0.81亿吨的LNG。在2013年全国探明煤炭储量中，低阶煤占59%，约8757.3亿吨。这些低阶煤中蕴藏着约657亿吨油品，51万亿立方米天然气，这是我国石油剩余技术可采储量的20倍、天然气剩余技术可采储量的11倍，“大煤田”意味着“大油田”、“大气田”，进而有效降低我国油气对外依存度，提高国家油气安全保障。

　　再次，其所产油气成本低，可提升产品国际竞争力。

　　低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产技术依托原料适应性强、油气产率高、质量好等优势，可有效降低油气成本，较目前我国炼油、煤直接液化制油、煤间接液化制油、煤制天然气等产品，其成本低、投资省。该技术若能得到大规模推广，将大幅降低现有油气成本，传导至工业品、消费品、投资品等下游终端产品，一方面可降低居民生活成本，另一方面可拉低国内能源基础原料成本、公用事业服务等生产要素价格，进一步压缩生产成本，进而有效提升我国出口产品的国际竞争力。

　　最后，可促进产业优化升级，培育新的增长点。

　　若将全国每年消费的19.2亿吨低阶煤采用该技术加工利用，可产成品油1.37亿吨，LNG0.81万吨，发电3.22万亿千瓦时，市场总价值约18016亿元，与19.2亿吨低阶煤的原煤价值(约4928亿元)相比，可多创造约13088亿元的GDP。

　　建言： 可先建示范工程再向全国推广

　　《能源发展战略行动计划(2014～2020)》强调：“积极推进煤炭分级分质梯级利用。”这为推广低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产提供了难得的机遇。为此笔者建议：

　　将低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产技术列入“十三五”国家重点研发计划优先启动专项。重点攻关热解装置工艺优化与设备定型、热解装置大型化开发、提质煤适应性研究、煤焦油加氢、煤气制氢联产LNG、低阶煤低温热解与燃煤锅炉发电耦合等技术问题，在国家规划的煤炭、煤电基地内，选择一种较为成熟的低阶煤低温热解技术，建设一个低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产示范项目，作为国家煤炭清洁高效利用的重点示范工程。在示范项目实现稳定运行基础上，国家适时组织验收，达标后，有计划、有步骤地在全国范围内推广应用低阶煤低温热解煤油气电一体化多联产工艺。