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为低阶煤热解大型化探路

    我国低阶煤资源丰富,约占煤炭总量的一半以上。低阶煤具有挥发分高、灰分低、化学反应性好等特点,通过中低温热解是实现其分质清洁综合利用的最好方式。虽然热解技术在国内历史悠久,新技术层出不穷,但粉煤热解以及环保处理等技术瓶颈仍待突破,特别是单系列50万吨/年及以上的大型工业化装置屈指可数。

此次荣获中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖、由陕西煤业化工集团与北京国电富通科技发展有限责任公司开发的煤气热载体分段多层低阶煤热解成套工业化技术(SM-GF),为我国低阶煤热解大型化探索了新路径。

创新技术引领国际

2018年7月,SM-GF技术在北京通过石化联合会组织的科技成果鉴定,专家认为该技术实现了低阶煤中低温热解工业化运行,煤气、焦油和半焦3种产品收率高、品质好、价值高,可灵活调控,装置可长周期运行,综合性能和指标达到国际领先水平,建议加快推广和应用。

据介绍,该技术重点针对30毫米以下不同粒度的混煤热解开展攻关,集分段多层处理、均匀传热传质、油尘气高效分离、自产富氢煤气循环热载体蓄热式加热、中低温分级耦合热解、干法熄焦等关键技术于一体,开发的分段多层立式矩形热解炉单套处理能力达50万吨/年,并在内部设置多层结构,采用干燥、干馏和冷却分段处理的方式,实现炉内自除尘和均匀布料布气,解决了当前混煤热解工业化、单套处理规模较小、油尘气分离效率低等多项技术难题。

该技术主要创新点在于采用混煤入炉分段多层热解,原料成本较低;精准控温,产品质量可调;采用中低温分级耦合热解,焦油产率高、轻组分含量多;可灵活控制热解温度,降低热载体循环量,减少设备投资;煤气品质好,可作为制氢或加工LNG的原料。

综合利用前景可期

低阶煤主要包括褐煤和低变质烟煤,其中褐煤含有较高的内在水和腐植酸,水分、灰分含量高,发热量低,在空气中易风化碎裂。我国褐煤主要分布在内蒙古、新疆和云南等地,低变质烟煤主要分布在陕西、内蒙古、新疆等地,其中陕北和神东的煤灰分5%~10%,硫分小于0.7%,是优良的低阶煤。

石化联合会煤化工专委会委员、陕西省化工学会名誉理事长贺永德告诉记者,低阶煤一般含油率高,通过中低温热解,煤在隔绝空气或缺氧条件下加热到500℃~800℃,可将煤分解为热解气、煤焦油和半焦三相物质。而热解是低阶煤清洁分质利用的最好方式,不仅可提高资源利用效率,通过热解将煤中的焦油提出来,产出煤气和半焦,而且生产工艺条件温和,对环境影响较小,相对于煤气化来说水耗也较低。

近年来,我国低阶煤热解技术开发和示范取得突破性进展,新一代热解技术达20多种,一半实现了工业化生产。业内专家普遍认为,我国低阶煤适合通过包括SM-GF等在内的热解技术进行分质综合利用,推广应用前景广阔,经济效益和社会意义显著。若在西部地区就地转化10亿吨低阶煤,粗略估算每年可生产半焦6.5亿吨、焦油8000万吨、煤气1600亿立方米。

示范装置改造完善

2016年9月,陕煤集团旗下陕西陕北乾元能源化工有限公司与国电富通合作,依托SM-GF技术在陕西榆林建成50万吨/年工业示范装置,以粒度小于30毫米的长焰煤为原料进行联运试车,实现长周期运行。

2018年6月,石化联合会组织专家对该装置进行72小时现场标定考核。标定结果显示,装置运行稳定,处理量达到设计值的102%,吨煤半焦收率为65.69%,焦油产率为原煤的8.09%,达到同基格金焦油产率的87.2%,煤气产量167标准立方米/吨煤,煤气中有效气占比达84.4%,能源转化效率91.9%,综合能耗低。

这也是SM-GF技术目前唯一的工业化装置。乾元能化公司负责人透露,针对前期运行发现的一些技术问题,他们正在对装置实施改造,预计2020年上半年完成。