低阶煤综合利用路线及技术经济分析,产业经济学论文

低阶煤综合利用路线及技术经济分析,产业经济学论文中国煤炭资源储量相对丰富，处于低变质阶段的低阶煤占我们国家已探明煤炭储量的55%以上。笔者下面介绍低阶煤的特点以及在全国各地的分布情况；阐述低阶煤进行下游转化的途径和方式；讨论当前国家鼓励的低阶煤提质项目，介绍典型的低阶煤提质技术LCC工艺，同时对低阶煤生产化学品如煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制乙二醇等综合利用情况进行相关技术和经济分析。1低阶煤产业政策能源是人类社会发展的推动力，同时也是人类赖以生存和发展的重要物质基础，其在国民经济中起着至关重要的作用。我们国家能源的特点是富煤，少油，贫气,煤炭资源在我们国家一次性能源生产和消费中所占比重一直维持在70%左右，我们国家的能源构造在将来几十年内不会发生根本性改变.作为煤炭的重要组成部分的低阶煤是处于低变质阶段的煤，主要包括褐煤和低变质烟煤。华而不实，低变质烟煤包括不黏煤、弱黏煤和长焰煤。低阶煤的典型特点：灰分低、硫分低；挥发分高；活性强；水分含量高；发热量低；氢氧含量低，易自燃。低阶煤主要分布在我们国家的新疆、西北、华北和东北主要地区。当前，低阶煤的储量占我们国家已探明煤炭储量的55%以上，怎样提高低阶煤综合利用价值，实现低阶煤的合理优化利用，是实现国家能源战略目的一系列工作中值得研究和关注的核心领域，意义特别重大.随着我们国家当代煤化工的发展，国家发改委、国家能源局、工信部等相关部门针对煤化工的发展，相继公布了多项相关产业政策，如(国家发展改革委关于规范煤化工产业有序发展通知〕、(煤炭工业发展十二五规划〕、(煤炭深加工示范项目规划〕、(十二五煤化工示范项目技术规范〕、(石化和化学工业十二五发展规划〕等，华而不实屡次提到低阶煤的利用，如(煤炭深加工示范项目规划〕中建议：根据我们国家褐煤、长焰煤等中低阶煤贮藏量大的特点，开展大规模煤炭分质利用示范工作，将煤通过枯燥、中低温干馏等措施，得到半焦和低温焦油；采用褐煤、高灰熔点等低质煤可适当放宽煤炭深加工示范项目能效和资源消耗指标。2低阶煤综合利用道路及技术经济分析作为我们国家煤炭种类重要组成部分的低阶煤，由于其本身的特点，并结合当代煤化工的发展方向，其综合利用的道路或途径有5种：①低阶煤提质；②低阶煤制油；③低阶煤制天然气；④低阶煤制烯烃；⑤低阶煤制乙二醇。2.1低阶煤提质低阶煤提质是指低阶煤通过合理的枯燥经过，降低煤含水量提高低阶煤能量密度的技术。提质技术是以特定的工艺方式方法脱除影响低阶煤热值的水、氧和低热值挥发分物质，使低阶煤发热组分富集，热值提升，到达中高热值煤炭指标，生产出优质低阶煤提质产品及煤焦油产品。提质后的低阶煤将更有利于利用、运输和储存。提质经过中副产的液体燃料低温煤焦油通过加工精制能够得到原油价值2~3倍的石脑油、柴油等油品，附加值高。当前低阶煤提质的技术有很多，但大多数均处于实验室阶段，中国五环工程有限公司与大唐华银合作开发的低阶煤转化技术〔LCC〕是在美国伊煤公司〔ENCOAL〕低温煤液化技术〔LFC〕基础上进行二次开发完善后的新型提质技术，当前已在我们国家内蒙古东乌旗成功示范了日处理量1000t的生产线，并通过了72h性能考核实验.LCC技术工艺流程见图1.LCC技术属于煤炭轻度热解工艺技术，其加工经过主要分为3步：第1步是枯燥，除掉低阶煤中的平衡水分；第2步是轻度热解，除掉低阶煤中的一部分挥发分，使低阶煤改质成为物理化学性质相对稳定的优质固体燃料-半焦〔PMC〕,轻度热解经过可副产液态燃料-低温煤焦油〔PCT〕;第3步是精制，对枯燥热解后的固体产物进行钝化处理，降低活性。LCC的技术特点如下。〔1〕薄层枯燥和高速热风通流技术。枯燥和热解经过采用独特的薄层枯燥及高速热风通流技术，煤层厚度薄，确保物料热解升温的均匀、平稳，可使热解经过中产生的污染物及时排出，进而实现了产品的清洁、无污染。〔2〕适应煤种能力强。枯燥、热解两段处理经过完全独立，工艺参数品质容易工业化控制，原煤中水分和挥发分的波动对目的产品稳定影响较小。因而，产品品质愈加稳定，适应煤种能力强。同时，能够通过工艺参数的灵敏调节获得不同的半焦、焦油产率和品质。〔3〕超低氧热载体控制。超低含氧量热解气体热载体控制，使枯燥煤在热解经过中不会使原煤中的固定碳发生氧化反响，区别于其他工艺道路，完全不燃烧自个，使得半焦PMC产品的微观特性有其独特的特点，进而提高了产品的附加值。〔4〕装置热效率高。枯燥、热解设备采用气载体内热式直立转底炉，内置犁式机械导流均布器，能够保证热气体和物料煤之间的热交换均匀，传热效率最大化，装置总体热效率可达90%.热解气循环使用作为枯燥和热解工序的热风炉燃料，可充分利用能量。〔5〕精制钝化。LCC工艺采用独特的精制钝化技术，用强迫引/送风气流、连续四通混合、产品重力流设计等技术对PMC产品进行水合和弱氧化，进而到达稳定〔精制〕的目的。〔6〕高收油率。LCC工艺采用气载体薄层枯燥技术，更有利于煤种的挥发分的析出，再加上利用专有煤焦油收集技术对焦油进行收集，到达了最佳收油率，十分是对含氢量高的煤种，如新疆某地区的长焰煤，焦油收率可达15%~20%,从某种意义上讲，LCC工艺相当于一种新型的煤制油技术。我们国家在建、拟建的LCC项目见表1,典型的LCC多联产项目主要技术经济指标见表2.2.2低阶煤制油煤制油作为我们国家能源转化的主要技术近年来倍受关注，根据液化方式方法分类，煤制油能够分为直接液化和间接液化2大类，在我们国家2类技术均已有示范装置建成并处于运行阶段，前者以神华集团煤制油项目为代表，后者以伊泰集团16万t/a煤制油示范项目为代表。为了促进煤制油行业的健康发展，近年来国家对煤制油项目出台了相关产业政策，2006年7月国家发改委(关于加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展的通知〕指出：一般不应批准规模在300万t/a下面的煤制油项目。2008年9月，国家发改委(关于加强煤制油项目管理有关问题的通知〕中明确规定：除已开工的神华煤制油项目继续开展，宁煤沙索煤制油项目需认真进行可行性研究后按程序报批，不得未批擅自开工，除了这2个项目之外，一律停止其他煤制油项目。在2020年3月发布的(煤炭深加工示范项目规划〕中更是对十二五期间国家对煤制油项目〔间接液化〕的相关技术和环保指标作出了定量要求，其要求煤制油整个工厂的综合能量转换效率基本要求值不低于42%〔先进值47%〕,吨油品煤耗〔折标煤〕基本要求值不超过3.6t〔先进值3.4t〕,吨标煤加工耗水量基准〔m3〕不超过2.75t〔先进值2t〕.我们国家在建、拟建的煤制油项目及采用的工艺技术见表3,典型的煤制油项目主要技术经济指标见表4.2.3低阶煤制天然气。同样为能源之间转换的项目，与煤制油遭到国家限制不同，国家在煤制天然气的政策上为适度发展,(国家能源科技十二五规划〔2018~2021〕〕中国煤炭加工与转化技术重大专项规划中已经明确列出煤制天然气技术的研究内容、目的和进度。由煤炭科学研究院主导编制的(煤化工十二五科技规划〕中提出，在十二五期间，国家将重点扶持煤制天然气技术应用，并扩大此方面的试点范围。2020年印发的(工业转型升级规划〔2018~2021年〕〕中提出，在当代煤化工领域，加强统筹规划，严格行业准入，在煤炭资源和水资源丰富、环境容量较大的地区有序推进煤制烯烃产业化项目，鼓励产业链延伸，积极发展高端产品；支持具备条件地区适度发展煤制天然气项目，严格控制煤制油项目。与煤制油类似，在(煤炭深加工示范项目规划〕中对煤制天然气项目的相关技术和环保指标同样提出了要求：煤制天然气整个工厂的综合能量转换效率基本要求值不低于56%〔先进值60%〕,千标方天然气煤耗〔折标煤〕基本要求值不超过2.3t〔先进值2.0t〕,吨标煤加工耗水量基准〔m3〕不超过3.0t〔先进值2.5t〕.我们国家在建的煤制天然气项目及采用的工艺技术见表5.由表5所示，当前正在建设的煤制天然气项目中主要的关键技术为气化和甲烷化，华而不实又以气化技术为重中之重。尽管现有煤制天然气气化技术采用鲁奇气化较多，但并不代表只能采用此气化技术，仅仅是由于采用鲁奇气化后合成气中含有部分的甲烷产品，可减轻后续甲烷化装置的负担。同时，采用鲁奇气化带来的污水处理问题至今是世界上尚未完全解决的难题，相比而言，其他清洁气化技术可以作为气化工艺选择，如E-GAS、KBR、BGL、Shell等，华而不实前3种气化工艺副产的合成气中同样含有部分的甲烷，但废水处理比鲁奇工艺要容易得多。煤气化技术的选择的重要根据之一为煤种的特点，所以根据低阶煤的典型特点，选择适宜的气化技术，对煤炭的转化利用至关重要。某40亿m3/a煤制天然气项目主要技术经济指标见表6.2.4低阶煤制烯烃采用煤通过反响聚合生产烯烃是对采用石化法生产烯烃的一个补充，但由于成本的差异〔采用煤制烯烃较石油制烯烃成本便宜20%以上〕,国内各大企业对于此类项目趋之若鹜，我们国家在十一五期间成功地示范了3套大型煤制烯烃项目，分别为神华包头60万t/a煤制烯烃项目、神华宁煤50万t/a煤制烯烃项目和大唐多伦46万t/a煤制烯烃项目，当前运行情况良好。十二五期间国家对煤制烯烃项目的要求为：采用国内自主开发的甲醇制烯烃技术，建设大型工业化示范装置，示范煤制烯烃与整体煤气化联合循环IGCC的耦合技术，提高全厂能量转化效率。同时在节能节水方面，要求煤制烯烃的综合能量转换效率基本要求值不低于40%〔先进值44%〕,吨烯烃煤耗〔折标煤〕基本要求值不超过5.3t〔先进值5.0t〕,吨标煤加工耗水量基准〔m3〕不超过5t〔先进值3t〕.我们国家已建成的煤制烯烃项目及采用的工艺技术见表7,典型的煤制烯烃项目主要技术经济指标见表8.2.5低阶煤制乙二醇煤制乙二醇同样为石化法生产乙二醇的替代，但考虑到煤制乙二醇在大型工业化具有一定的不成熟性，国家相关产业政策规定：在十一五时期合成气羰化加氢生产乙二醇技术工业化示范基础上，解决现有装置的技术难点和瓶颈，实现装置满负荷运行，并根据评估结果酌情开展新的示范。依托大型示范工程，重点解决草酸二甲酯合成反响器和草酸二甲酯加氢反响器等主要设备放大、合成水处理与回用、乙二醇精馏效率和产品质量提高等问题。推进煤制乙二醇技术多元化，开发其他经济实用的技术道路。我们国家部分煤制乙二醇项目及采用的工艺技术见表9,典型乙二醇项目主要技术经济指标见表10.3结束语〔1〕我们国家低阶煤资源储量丰富、价格低廉，在国家规划和产业政策指导下，利用成熟的工艺技术，发展低阶煤综合利用，可将资源优势转化为经济优势。〔2〕低阶煤经过提质后，发热量明显提高、燃烧特性获得改善和气化技术适应性加强，应用范围显着扩大，能有效缓解优质动力煤供给紧张的局面，同时可利用低档次煤炭来扩宽优质动力煤的资源渠道，延伸煤炭转化的产业链，生产高品质的石油替代产品，提高煤炭资源的综合利用效率和煤炭利用的环境效益。〔3〕利用低阶煤进行制取油品、天然气、烯烃及乙二醇项目，具有能量转化效率较高、投资较少、经济效益好等突出优点，市场前景宏大。以下为参考文献：[1]陈耀。我们国家煤炭产业的前景、政策及价格分析[J].中国能源，2007〔9〕:25-27.[2]高恒。煤气化技术现在状况、发展及产业化应用[J].煤化工，2018〔1〕:37-39.[3]煤炭深加工示范规划[M],2020.[4]陈钢，黄学群。LCC低阶煤转化提质技术的开发与应用[J].化肥设计，2018〔5〕.7-11.[5]高晋生，张德祥。煤液化技术[M].北京：化学工业出版社，2005.[6]曾凡虎，陈钢，李泽海，等。我们国家低阶煤热解提质技术