煤炭热解(干馏)及煤焦油加工技术经济分析

材料。与煤直接燃烧相比,煤热解可生产气、液、固三种不同形态的产品,实际上是对煤中不同成分进行分质利用,是煤洁净高效综合利用的有效方法,既可减少燃煤造成的环境污染,又能提高低阶煤资源综合利用率和产品的附加值,具有显著的经济效益和环保效益。

煤热解技术发展大致分三个阶段。

第一阶段从18世纪初,英国、德国开始建设煤热解厂,生产照明灯油和民用无烟燃料。19世纪初俄国、法国、美国等也先后发展各自的煤热解技术。这一阶段煤热解厂规模小、技术落后、设备简陋、产品加工和利用率低,是煤热解的初级阶段。

第二阶段从20世纪初至60年代,世界工业迅猛发展,石油开采不能满足液体燃料快速增长的要求,带动了煤热解技术的快速发展,特别二战期间,德国用煤制取液体燃料成为其油品的主要来源,先后形成了Lurqi-Spuelgas、Lurqi-Ruhgas,并达到了可观的工业规模。美国开发了Disco、前苏联开发了固体热载快速热解等工艺技术。

第三阶段从20世纪70年代至今,世界三次石油危机和对清洁能源需求的增长,再度引起对煤热解的重视。美、日、德、澳等国广泛开展了研究和试验工作,如1989年美国能源部批准并资助在怀俄明州吉列镇Buckskin煤矿建设一套日处理1000吨的褐煤干燥干馏工业示范装置,1992年6月投产,运行了近5年,从煤中提取的液体产品(CDL),作为石油替代燃料,年处理煤300万吨的商业化工厂正在设计和建设之中。美国联合碳化物公司的Coalcon公司开发了先进的非催化加氢热解技术,热解温度为560℃,加氢压力最高为6.9MPa,其液体和气体产率高、产品容易分离。

我国20世纪50年代开始进行煤热解工艺的开发和研究工作。北京石油学院、大连理工大学、浙江大学、中科院山西煤化所、北京煤化所、陕西煤业化工集团等单位,先后开发了不同工艺的煤热解技术,并建立大型工业装置。陕西榆林地区90年代初,开始建起一批以三江煤化公司为代表的内热式方形炉长焰煤块煤干馏炉,从单炉能力3—5万吨/年,发展到目前的单炉能力7.5—10万吨/年,单炉20万吨/年的大型干馏炉也已投入运行,同时开发成功了外热式干馏炉、两段式干馏炉等炉型。总能力达到2600多万吨。加上内蒙、山西、宁夏、云南、贵州等省(区),总能力将达5000万吨左右,规划焦油加工能力500万吨,形成一个很大的特色产业。其中,神木县某公司与大连理工大学合作建设能力为120万吨/年的煤固体热载体快速热解示范装置,将于今年9月投入试生产,其焦油收率为10.0%(以原煤计),煤气热值高(4286.4kcal/m3),利用煤气中氢作为氢源给焦油加氢生产汽油、柴油馏分等燃料油,这是目前世界上建成最大的煤干馏装置。

二、煤热解技术经济分析

(一)煤热解技术条件

·原煤为榆林长焰煤,粒度<6mm,发热量6715.6kcal/kg。

·热解温度510—550℃(属低温热解),常压固体热载体流化床快速热解反应器。

(二)煤热解产品

详见表1。

(三)能耗及能效

由表2可知能耗为172.89kg标煤,热效率为82.11%,若把热解煤气中回收的4.42kg粗苯、2.43kg的硫及1.54kg氨等热能计入,则热能转换效率大于83%。

(四)煤热解与煤其它转化方式热能效率比较

由表3可见,煤热解是对低变质煤分质综合利用热能转化效率最高的转化方式。

(五)煤催化热解

煤在热解过程中加入催化剂和H2,在进煤量0.5t/d小试装置上试验结果,焦油产率可由目前的10%提高到25—30%,在此基础上正在安排进行100t/d进煤量的工业试验,一旦成功将为陕北长焰煤生产油品开辟一条新的路子。

三、中低温焦油加工技术及经济效益分析

煤中低温热解所产焦油碳氢比大于高温焦油,对中低温焦油进行加氢处理,生产轻油(石脑油)、柴油及石油焦的技术已实现工业化。榆林市某公司于2010年3月建成一套每年加工50万吨中低温煤焦油的生产装置,连续平稳运行1500小时后,由中国石油和化学工业联合会组织专家进行了72小时现场考核和技术鉴定。考核结果表明:生产装置运行平稳,自动化程度高,操作灵活;产品轻质化焦油一号、轻质化焦油二号产品质量达到天元化工企业标准,柴油馏分十六烷值达46.6,干馏煤气制氢所得氢气纯度高,满足加氢要求;煤焦油延迟焦化液体产品收率76.8%,加氢装置液体产品收率96.3%。该装置是目前国内最大的中低温焦油轻质化工业装置,具有设备国产化率高、投资低、能源转换效率高以及清洁生产等特点,为中低温煤焦油综合利用提供一条新途径,具有良好经济效益和社会效益。整体技术达到国内领先水平。

该公司建有135万吨煤干馏装置,为焦油加氢装置提供部分焦油和氢气。全厂包括公用工程总投资17.2亿元,吨产品油投资4480元,相当于煤制油的三分之一,吨油制造成本(80%负荷)3759元,吨油利润1729.3元,投资利润率38.6%,可见其经济效益是相当好的。

我国能源结构“富煤、缺油、少气”,石油消费增长大于产量增长,2020年预测我国石油需求约6.5亿吨,产量2亿吨,缺口4.5亿吨,对外依存度将达60%,对我国能源安全将会造成巨大压力。一方面走出去与产油国合作开发油气资源,但更应考虑立足国内煤炭资源,走中国特色解决石油供应问题,除了发展煤制油、煤制醇醚燃料等替代石油产品外,利用占我国煤炭资源储量50%以上的低变质煤,通过热解提取煤焦油,进一步加工油品,不失为一条解决我国石油短缺的重要途径之一,要像“炼油一样去炼煤”,事实证明这是对低变质煤清洁高效综合利用的有效途径。目前陕西在榆林已完成了从热解到焦油加氢的工业示范工作,“十二五”具备了实现产业的条件,政府部门应给予扶持和指导,使其从技术上进一步提高,工程上进一步完善,以取得更好的经济效益和社会效益。

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