煤炭热解_干馏_及煤焦油加工技术经济分析

1、煤炭热解 (干馏 及煤焦油加工技术经济分析陕 西 省 决 策 委 员 会 委 员陕西省化工学会名誉理事长贺永德一 、 概述煤的热解也称煤的干馏或热分解, 是指煤在隔绝空气条件下进行加热, 煤 在不同温度下发生一系列物理变化和 化学反应的复杂过程 。煤通过热解生成 气体 (煤气 、 液体 (焦油 、 固体 (半焦 三种形态的产品 。 按煤热解温度可分为 低 温 热 解 (500 650 、 中 温 热 解 (650 800 、 高 温 热 解(900 1000 和超高温热解 (>1200 , 低 阶煤 (低变质煤 多采用低温热解能得 到高产率的焦油和煤气 。焦油加氢可生 产汽油 、柴油 、

2、 渣油等石油代用品和石 油焦 。 煤气是清洁燃料和制化工合成气 的原料气 。 半焦是优质无烟燃料, 可作 为民用燃料及电石 、 铁合金 、 炼铁高炉 喷吹料, 也是优质的气化用原料 、 吸附 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

3、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

4、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 Coal-con 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

5、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 (

6、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/m 3 ,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

7、 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,表 2热能平衡表 (以热解 1000kg 煤计 原煤 1000kg 6715600kcal 半焦 600kg 4055040kcal 进 电 38.6kWh 33196kcal 出 焦油 100kg 826000kcal 水 1.5m 32547kcal 煤气 154m 3660105.6kcal 项小计 6751343.0kcal 项小计 5541145.6kcal 折标煤964.48kg折标煤791.59kg能 源 与 交

8、通表 1煤热解产品及动力消耗 (以热解一吨煤计 项目 单位 半焦 焦油 煤气其它 粗苯热值 kcal/kg 6758.48260.04286.4100004451.22162电耗 kWh 38.6水耗m 31.524中国经贸导刊 2010年第 18期表 3煤炭不同转化方式的热效率比较煤转化方式 煤热解 煤燃烧发电 IGCC间接法 煤 制 (干馏 300MW 以下 600MW 以上 煤制油 天然气 热能转化效率 %82 8533 3538 4345 4836 3857 60适用煤种褐煤 、 长焰 各种煤 、各种适合 各种气 煤 、 弱粘煤煤矸石气化的煤 化用煤热效率为 82.11%,若把热解煤气

9、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 H 2, 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

10、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%

11、。 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

12、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 ”

13、 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 。能 源 与 交 通煤炭热解产业的成功探索本刊记者 张振煤化工企业是否看好煤炭热解产 业?带着这个问题, 中国经贸导刊 记 者在采访中了解到, 陕西煤业化工集团 有限公司非常看好煤炭热解产业发展 前景, 对煤热解工艺技术进行了大量的 研发和工业化试验 、示范工作, 并对发 展该产业做出了系统的战略安排 。 以 下是本刊记者对陕煤化集团公司副总 经理 、高级工程师尚建选的采访 。 煤炭热解符合国家的集约高效低耗产业发展方向记者:尚总, 我们在采访中了解到, 最近几年, 贵公司对煤热解工艺技术进 行了大量的研发和工业化试验 、 示范工 作 。 那么, 您本人及陕煤化集团如何看 待煤炭热解产业?尚建选:煤炭作为大自然恩赐给人 类的化石能源和有机原料的统一体, 最 高效的利用途径就是以物质和能量消 耗最少的方式, 实现气 、 液 、 固态清洁能 源和有机化工原料的同步获取 。 对于占 我国煤炭总储量 、 探明保有储量以及目 前煤炭产量均在 55%以上的低变质煤炭资源, 包括褐煤 、 长焰煤 、 不粘煤 、 弱 粘煤等,通过低温热解,实现煤的气