煤炭能和天然气一样环保,如何实现?

    “过去人们一提起煤炭就感觉很脏。现在要为煤炭正名,煤炭清洁利用其实可以做到与天然气一样环保。煤炭的清洁利用技术已经取得了巨大进步,因此,大家对煤炭的认识也应有所改变。”环保部部长陈吉宁在刚刚结束的全国两会上的公开表态,引起了业内的广泛关注。

    中国石化行业联合会煤化工专委会专家、陕西省化工学会名誉理事长贺永德在接受中国化工报记者采访时表示,我国煤炭占一次能源总量的94%,且在相当长时期内难以改变,决定了今后煤炭仍是主要能源,要摘掉“煤脏”的帽子,不管是开采、加工还是利用每个环节,只能走清洁高效利用的路子。

    清洁转化

    低阶煤直转:煤热解分质

    在科技部公布的国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用”重点专项中,明确煤炭清洁转化方向之一是重点开展低变质煤(低阶煤)直接转化反应和催化基础研究,开发煤热解气化分质转化制清洁燃气关键技术。低阶煤在我国煤炭总量、探明保有量及产量中的占比均超过一半。

    贺永德告诉记者,近年来,煤炭热解技术在国内异军突起。陕西煤化集团开发的低阶煤分质高效转化多联产技术,将低阶煤通过以热解为核心,由煤的分质转化和物质、能量的梯级利用,与现代煤化工技术耦合集成的清洁高效转化路线,实现油、气、化、电、热多联产,形成了中低温热解、煤焦油加工、半焦利用、热解气利用、制取化工产品系列技术,并逐步实现工业化。

    据悉,延长石油集团自主开发的煤油共炼(Y-CCO)工业化技术,以中低阶煤与重(劣)质油为原料,采用浆态床加氢裂化与固定床加氢裂化在线集成生产轻质油品,突破了煤化工行业煤炭清洁高效转化和石化行业重(劣)质油轻质化两个领域的技术难题,达到世界领先水平。

    延长石油开发的粉煤快速加压热解制油与焦末制合成气一体化(CCSI)技术,可在一个反应器内完成煤的热解和气化反应,吨煤焦油收率超过15%。同时,生产可作化工原料的粗合成气,最大化提高煤炭资源利用率、转化效率和附加值。此外,该技术还可与IGCC(循环联合发电)技术集成,使煤化工跨行业耦合发展。

    另外,低阶煤精炼技术是像加工石油一样对煤中所含的有机组分进行精炼,获得燃烧、气化等单一转化利用技术无法直接得到高附加值的化学品等。在精炼过程中,原煤中的有害成分(SNHg等)发生迁移,留在固体产物中的有害物质会大幅减少,尾气净化成本也会下降。该技术已在国外完成工业化示范,北京低碳清洁能源研究所在此基础上,完成针对中国低阶煤的工艺包设计,神华集团计划在内蒙古呼伦贝尔建设1000万吨煤精炼项目。

    技术瓶颈

    半焦利用:废水处理

    目前,热解产生的焦油、甲烷和氢气的技术已获突破,但半焦(兰炭)的利用仍处于探索阶段。1吨煤炭热解大约产生0.6吨半焦,但因半焦缺乏工业示范应用经验,使其下游利用路径尚未打通。因此,攻克半焦综合利用瓶颈技术刻不容缓。

    贺永德告诉记者,无烟煤和石油焦的活性不如半焦,在将半焦加工成水煤浆进行气化技术上是可行的,也可直接干粉气化。更何况原煤热解后,半焦自身内水含量降低,加工成水煤浆后煤浆浓度比原煤提高2%3%,气化时氧耗和煤耗也会相应下降。

    业内专家认为,煤热解气化分级转化主要技术难点在于热解过程产生的焦油含灰量控制和废水处理,尤其是粉煤热解容易结焦。目前,陕煤化集团、浙江大学、中国科学院过程工程研究所等分别在开展研究攻关。

    贺永德认为,热解煤气含甲烷35%左右,可适当发展煤热解制天然气,但废水处理还需突破。譬如鲁奇炉煤气化温度较低,产生的合成气中本身含10%13%的甲烷,煤耗比水煤浆气化、干粉气化低,但其污水处理非常困难、成本高,如40亿立方米/年的工业装置若达到近零排放,仅污水处理投资就需要10亿元以上。建议将这部分污水制成水煤浆再高温气化。

    突破路径

    多技术耦合:多联产示范

    目前,煤热解气化分级转化技术分为热解和半焦相对独立的工艺,以及热解气化有机集成工艺两类。随着热解与多联产技术日趋成熟,分质多联产技术将成为低阶煤利用的主要趋势。

    中国工程院院士、清华大学化工系教授金涌认为,我国应大力发展煤炭分质利用,比如粉煤提质、焦油(胶质、沥青质)全馏程加氢、焦油全裂解等。焦油加氢生产高标号的柴油难度较大,但可通过高温裂解,作为等离子体制乙炔的原料,进而发展节水型乙炔化工。比如等离子体煤裂解制乙炔、乙炔醋酸生产醋酸乙烯酯、乙炔氯化氢加工制氯乙烯、乙炔-丁二烯-乙二腈-尼龙66等。

    贺永德建议,加快以低阶煤热解为龙头的煤炭分质分级利用多技术耦合,加大煤焦油综合加工生产高附加值产品新技术研发力度,做好煤、热电、油、气化多联产技术示范,包括IGCCCNG、城市热电联产及建材等多领域耦合,构建跨行业发展煤化工构架,使分级利用多联产更加丰富多彩。同时煤热解也需要大型化,比如陕西榆林能源化工集团单套100万吨/年煤热解回转炉工艺设计已完成,下游可配套甲烷直接进天然气管道。

     来源:中国化工报


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