煤炭原料化四大工艺走向成熟

  来源：中国化工报
（作者为中国石化联合会煤化工专委会专家、中国石化联合会石油和化工行业碳氢资源高效利用工程研究中心主任、延长石油集团煤化工首*专家）
    今年以来，煤炭大省陆续出台政策，提高煤炭就地转化率，进一步促使煤炭原料化。煤炭原料化已经成为煤炭清洁化利用的重要途径。
　　煤炭原料化系借助煤炭热解气化一体化转化技术，先将煤炭高效转化成气（工业燃气或合成气）、液（低温煤焦油）两种产品，再对气、液产品进行深度加工，生产出高附加值的清洁油品、天然气、化工品等，打造新型煤油电化热多联产产业构架，最终实现煤炭全生命周期的高效清洁利用和能耗、排放最小化。目前煤炭原料化主要有四大工艺。
　　一是基于煤热解—气化一体化（CCSI）技术的绿色发电方案。
　　　该方案通过一个反应器将煤热解技术与煤气化技术有机耦合，一步法将煤直接转化成工业燃气和煤焦油两种产物。所产的燃气热值1200千卡/标准立方米、有效气含量超过35%；煤焦油收率超过15%、相当于20美元/桶的原油价格。该技术已经由中国石油和化学工业联合会组织完成了工业试验装置的72小时现场标定，并顺利通过科技成果鉴定。
　　　如果将CCSI技术与电厂结合，煤经热解后先获取煤焦油（煤焦油再深加工），然后将热解产生的热半焦直接进入一体化反应器的下段进行气化，生产工业燃气，燃气进入锅炉或燃气轮机燃烧超净发电，最终形成集煤炭清洁高效转化—煤焦油深加工—绿色发电一体化的新型煤电油多联产模式，不仅能够大幅提升电厂经济效益，也将大幅减少电厂的SO2、NOX、烟尘排放。
　　二是基于煤提取煤焦油与甲烷化一体化技术（CCMI）的煤基天然气替代散烧煤方案。
　　该方案的核心是在一个反应器中完成煤的热解、气化以及部分甲烷化反应，一步法将煤转化成气、液两相产物。其中，合成气中甲烷含量高达12%以上，煤焦油收率约15%，再借助甲烷化技术将其余合成气组分转化为甲烷气，甲烷的总产率大幅提高，煤制气的经济性将十分显著。
　　根据该技术路线，1台5000吨/日的CCMI装置即可配套1个年产6亿立方米天然气的生产装置，同时副产25万吨/年煤焦油。与常规的煤制天然气工艺路径相比，该模式投资强度降低25%、工艺路线短、设备少、占地少，且因每立方米天然气副产的煤焦油加工后能够获得1.75元的销售收入，从而使项目盈利能力大幅提高，天然气成本可控制在1元/立方米以内。后期若全面推广应用，不仅能够大幅提升煤炭清洁高效利用水平，还能极大地增强国内天然气供应能力，满足城镇、乡村居民对天然气的消费需求，使气代散烧煤拥有充足廉价的天然气供应。
　　三是基于超大型粉煤流化床气化（KSY）技术的煤化工园区建设创新方案。
　　KSY技术是以氧气作为气化剂，单炉日处理煤量可达5000吨，具有单炉规模大、煤炭转化效率高、成本低、耗水少等优势。目前，该技术已经完成100吨/日的工业试验，5000吨/日工艺包编制工作基本结束。
　　采用KSY技术建设坑口气化岛，集中生产合成气，再将合成气管道输送给附近的能源化工企业，或长距离管输给距离目标市场较近而远离煤炭产地的用气（用煤）企业，变过去分散建设运营气化岛为统一集中运营气化岛；将过去各家各户通过公路、铁路、水路的分散多环节运煤变为管道集中送气，变运煤为输气，可以实现长距离输送，这将促进合成气制烯烃、合成气制芳烃、合成气F-T合成油品等大型煤化工项目在不同区域布局和发展。
　　　四是基于效益最大化的热解煤焦油综合利用方案。 　　　随着我国各类热解技术的日渐成熟，特别是较高液体收率的大型粉煤热解技术工程化的突破，煤焦油的生产和深加工将迎来黄金发展期。
　　根据低温煤焦油的性质特点和市场需求，按照“宜油则油、宜化则化、分级转化”的理念，可将煤焦油中轻馏分油中含量高、易分离的酚类物质提取出来，而重馏分油（沥青质、胶质含量高，难转化）送入悬浮床高效转化，同时将中间馏分油与脱酚的轻馏分油、悬浮床转化的轻组分油一起送入固定床加工。这种分级转化，解决了因酚类物质存在而使加氢过程耗氢量大、废水产生量大的问题，除了生产优质成品油，还可进一步加工制芳烃、航空燃料、润滑油等产品，丰富产业链、提高附加值。
　　初步估算，采用该方案建设100万吨/年中低温煤焦油加工项目，目标产品暂定为苯酚、甲酚、汽油、柴油、航空燃料，按照油化产品收率85%、均价6000元/吨、煤焦油成本1000元/吨计算，项目总投资约为40亿元，年实现销售收入可达51亿元，项目能耗、水耗、氢气消耗以及废水产生量较传统煤焦油加工方法大幅降低。 　　综合来看，未来几年，如果能够通过上述途径，每年将20亿吨燃料煤原料化，将过去的不清洁能源转化为清洁能源，那么在不改变目前的石油、天然气、煤炭、新能源在我国能源消费结构中的比例的情况下，我国的清洁能源比例也将由2016年的17.9%提升到49.9%，基本达到发达**的水平。在此过程中，还可多产3亿吨左右相当于国际油价20美元/桶的低成本煤焦油，有效弥补我国石油供需缺口。

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