創制“熱解+”煤炭利用新模式 ——記低階煤分質清潔高效利用關鍵技術及應用項目

編者按 日前,陜西省人民政府公布了2021年度陜西省科學技術獎獲獎名單,多項石油和化工類的科技成果閃耀其中,有三項突出性技術成果分別榮膺技術發明獎和科學技術進步獎一等獎。為此,從今日起推出《陜西科技獎一等獎成果展示》系列報道,對這三項技術的創新理念、產業貢獻等情況進行解讀,以供廣大讀者參考。

  在2021年度陜西省科技獎獲獎項目中,由陜西煤業化工集團有限責任公司、北京國電富通科技發展有限責任公司、神木富油能源科技有限公司等聯合完成的“低階煤分質清潔高效利用關鍵技術及應用”項目獲科學技術進步獎一等獎。該成果堅持“熱解+”的煤炭利用新模式,突破多項技術瓶頸,實現煤炭分質清潔高效多聯產,既生產高端化學品,也可獲取軍民兩用特種油品,為保障國家能源安全提供了新途徑。

  原始創新 重塑“熱解+”模式

  煤炭是我國的主體能源,加快其清潔、高效、綠色、低碳轉化利用,對推進我國能源革命進程,助力實現“雙碳”目標意義重大。

  2004年,陜煤集團提出了“低階煤分質清潔高效綜合利用”理念,即以煤熱解為龍頭,以追求能源轉化效率和碳氫氧利用率高、節能減排、產品高端化為目標,由煤的四級分質轉化技術耦合集成的低階煤分質清潔高效轉化多聯產路線。

  低階煤是煤化作用早期階段形成的產物,碳含量和熱值較低,焦油產率和氫氧含量相對較高?!暗碗A煤的這種化學構成和加熱變化特征,決定了需要分質分級才利于高效轉化利用,就是通過中低溫熱解方式將其分質轉化為氣(煤氣)、液(煤焦油)、固(半焦)3種物質,并進一步轉化獲取油、氣、電等清潔燃料及高附加值化工產品,與燃燒、氣化、液化等工藝明顯不同?!标兠杭瘓F公司副總經理、國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室主任尚建選告訴記者。

  陜煤集團立足陜北儲量豐富的低階富油煤特征,在低階煤分質清潔高效利用領域堅持不懈創新探索,通過產學研合作開展了大量核心關鍵技術攻關和產業化試驗示范,追求將煤炭兼具的燃料和原料雙重屬性發揮到極致,形成了一系列國際領先的產業技術成果。

  兩項技術 化解行業難題

  煤熱解和煤焦油加工作為煤炭分質轉化的核心技術,面臨傳熱效率低、油塵氣分離難、瀝青質難以轉化、特種油品收率低等行業技術難題。針對這些瓶頸,該項目團隊開展了大量的技術攻關,開發了煤氣熱載體分段多層低階煤熱解、中低溫煤焦油全餾分加氫定向轉化環烷基油這兩項核心技術。

  煤氣熱載體分段多層低階煤熱解技術具有以下創新點。一是開發煤氣熱載體熱解工藝,提高了煤氣品質及焦油收率。煤氣中有效組分由45%提高至84%以上,焦油收率提高35%以上。二是發明油塵氣高效分離技術,攻克了油塵氣高效分離技術難題,焦油含塵量小于0.5%。三是研制出混煤分段多層高效熱解爐,創新設計干燥、干餾和冷卻三段式結構,構建起干熄焦與原料干燥冷熱氣體的熱循環系統,提升了熱載體與原料煤之間傳質傳熱效率,實現30毫米以下混煤全粒徑熱解,系統能源轉化效率由85%提高至91%以上。

  中低溫煤焦油中的化合物種類繁多,主要成分為少環芳烴、烷烴、酚類及硫氮化合物等。受制于技術瓶頸,原有加工技術只能生產普通燃料油和延遲焦。項目團隊開發的中低溫煤焦油全餾分加氫定向轉化環烷基油技術,開辟了中低溫煤焦油生產特種油品的新路線,發明了煤焦油高效預處理技術,煤焦油中的水分、金屬離子、氯離子脫除效率達95%以上;攻克瀝青質難以轉化技術難題,轉化率達98%以上;研制煤焦油定向轉化環烷基油催化劑,環烷烴產率提高至45%以上。

  在此基礎上,該項目團隊通過系統優化,形成了整套低階煤分質轉化制特種油品系統集成技術,涉及熱解、煤焦油加工、煤氣及半焦利用、“三廢”循環等35個單元,構建了低階煤分質轉化物質和能量耦合系統。

  示范項目 引領產業變革

  目前,上述兩項核心技術在陜煤集團均已實現工業化應用。2016年3月,50萬噸/年混煤熱解裝置在陜西陜北乾元能源化工有限公司投入運行。2018年7月,該技術成果經中國石油和化學工業聯合會鑒定為,綜合性能達到國際領先水平。

  2020年10月,50萬噸/年煤焦油全餾分加氫制環烷基油工業示范裝置在神木富油科技能源科技有限公司建成。該項目開創了煤焦油生產高附加值特種油品和精細化工品的新路徑,拓寬了我國稀缺資源環烷基油的生產渠道。神木富油公司負責人介紹,自2021年5月投料打通全流程以來,裝置運行穩定,生產出變壓器油、冷凍機油、白油、橡膠填充油等環烷基油產品及精細化學品環己烷,附加值明顯提高。同時,他們還開發成功煤焦油基航天火箭煤油和軍用特種油品,掌握了關鍵核心技術。

  該示范裝置的成功運行,為大規模應用奠定了基礎。記者了解到,低階煤分質轉化制特種油品系統集成技術,已應用于全球最大的現代煤化工項目——陜煤化榆林1500萬噸/年煤炭分質清潔高效轉化示范工程。

  我國低階煤儲量和產量分別占全國總量的55%和57%以上,主要分布在陜西、內蒙古、新疆等地區。若該技術成果得以大規模推廣應用,不僅能夠明顯提高我國煤炭清潔高效利用水平,也將對西北地區產業升級和高質量發展起到促進作用。


關鍵字:煤化工
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