低阶粉煤的奇妙变身旅程

笔者了解到，煤热解，也称煤的干馏或热分解，是指在隔绝空气的条件下对煤进行加热，得到焦油、煤气、半焦的过程。与煤制气、煤制油等技术相比，煤热解技术成本低，更有市场竞争力，并将对国内低阶煤资源的开发利用产生深远影响。

两次选择与三大难题攻克

“选定技术方案时，我们经历了两次选择。”陕北矿业公司中试项目部技术负责人王运涛说，“第一次是在煤化工主流技术中选择了煤热解，第二次是在煤热解中选择了粉煤气固热载体双循环快速热解技术。”

王运涛表示，煤热解技术优势明显。以处理1000吨原煤为例，如果直接气化，仅气化炉就需投资1亿元，而进行煤热解，只需投资2000万元。

“煤热解技术并非完美，也有缺陷：一是焦油回收率低，产品含尘量高；二是环保排放压力大，废水难处理；三是单套处理规模小，难以实现工业化。”上海胜帮公司技术人员梁延峰说，“我们经过5年的攻关，最终攻克了这三大难题。”

为提高焦油回收率，技术人员双管齐下：原料采用粉煤，其粒径小，颗粒内外温度均匀，易于加热和挥发；工艺选择快速升温，热解温度瞬间达到终点温度，煤中的大分子受到强烈热能冲击，使对热不稳定的基团断裂，产生较多的焦油和煤气。

“通过双管齐下，我们将焦油产率提高到了17.11%，而采用其他煤热解技术焦油产率通常只有8%。”梁延峰说，“半焦产率为45.19%，煤气产率为10.31%。也就是说，100吨粉煤通过热解可以产17吨焦油、45吨半焦和8000立方米煤气。这些指标在行业内遥遥领先。”

在环保方面，梁延峰表示毫无压力，半焦生成采用干熄焦冷却工艺、油品回收采用油洗回收工艺，减少了废水；全封闭流程有利于废气回收处理；通过组合除尘技术，焦油中含尘量被有效控制在3%以下，满足了后续加工要求。

“反应系统结构简单，易于实现大型化，单系列年处理原煤可以达到百万吨以上。”陕北矿业公司董事长李强林说，“我们今年投资建设的2万吨/年粉煤热解项目已经试验成功，明年将启动120万吨/年粉煤热解项目，真正实现大规模工业化生产。”

粉煤变身焦油、煤气、半焦

粉煤的奇妙变身旅程分四个阶段，对应试验装置加料、热解、气固分离和气液分离四个单元。

“粉煤先是乘着罐车来到装置现场，经氮气提升、旋风分离后，落入加料罐。为确保系统密封和连续稳定进料，加料罐底部装有叶轮加料机。”梁延峰说。

据梁延峰介绍，粉煤变身的魔力主要来自热解。粉煤经叶轮加料机进入煤气循环管道后，遇上由煤气风机带来的循环煤气和来自烧炭器中的粉焦热载体，三者结伴而行，进入热解反应器。在提升过程中，粉煤与气固热载体充分换热，完成变身的关键步骤——热解。

“热解过程中，首先是气固分离，随后是气液分离。”梁延峰说，“热解产物涌入气固分离器，通过控制分离条件快速分离出粉焦和油气；分离出的粉焦大部分作为固体热载体循环至烧炭器，富余部分通过干熄焦工艺冷却得到粉焦产品；分离出的油气跑进气液分离单元。”

气液分离单元主要包括急冷塔、分馏塔。二者结合对高温油气中的焦油进行充分回收。

“从气固分离单元跑出来的热解油气，首先进入急冷塔下部，通过与塔顶喷淋的循环焦油进行逆流换热，部分油气受冷变成焦油。经急冷塔冷却后的热解油气再进入分馏塔底，与分馏塔内的循环焦油充分传热，又回收一部分焦油。”梁延峰说。

循环焦油和循环煤气都来自系统本身，有效降低了装置能耗。“分馏塔底收集的焦油经换热后，分别用于分馏塔自循环和急冷塔循环喷淋。同时，分馏塔顶分离的热解煤气，一部分作为循环煤气进入循环煤气管道，另一部分作为产品煤气输出界区。”梁延峰说，正因为这样，才使能源转换效率达到80%左右。

煤化工之路将更宽广

“煤热解可以走出新路，但前提是综合利用产物，走规模化、多联产的路子。”中国工程院院士谢克昌说。

目前，我国煤热解仅停留在兰炭——焦油——煤气的生产阶段。兰炭、焦油只是作为初级产品简单出售，煤气被放空或直接燃烧了，后果是生产方式粗放，能源转化效率低。而低阶粉煤气固热载体双循环快速热解技术，给煤热解的规模化、多联产提供了可能。

业内专家指出，只有采用热、电、气、油、化等多联产系统，提高兰炭、煤气、焦油的综合利用率，才可真正做到煤的清洁、高效、环保利用，走出煤热解利用的新路子。

我国低阶煤资源丰富、分布广泛，尤以神府煤田、内蒙古东部以及新疆一带储量最大。这些地区的低阶煤具有挥发分高、灰分低等特点，非常适合利用煤热解技术进行清洁高效利用。若采用煤热解技术在西部矿区就地分质转化10亿吨原煤，粗略计算，可生产清洁能源2.1亿吨（油气当量）；可生产洁净半焦4.4亿吨，将其供给中东部民用锅炉和工业窑炉，将有效解决当地污染问题；基于煤热解技术所产煤焦油芳潜高，可加工成芳烃等基础化工原料，有利于解决化工原料生产分散、能效较低、污染难以治理等问题。

目前，投资20多亿元的陕北矿业公司120万吨/年粉煤热解项目正在立项。项目建成后，将以产品粉焦为燃料建设2×660兆瓦粉焦发电示范装置，以产品粉焦为原料建设型焦装置，生成的型焦可作为清洁燃料销往京津冀；产品焦油进入下游深加工，通过焦油加氢，制作芳烃、烯烃、乙二醇、甲烷等化工产品；产品煤气配套建设液化天然气项目，最终实现煤、油、气、电多联产。　（安文光）