行业要闻
煤化工
国家“十三五”煤炭深加工产业示范规划指出：“以煤为主要原料，生产多种清洁燃料和基础化工原料的煤炭加工转化产业，具体包括煤制油、煤制天然气、低阶煤分质利用、煤制化学品以及多种产品联产等领域”。为低阶煤的分质利用指明了发展方向，适度发展煤炭深加工产业，既是国家能源战略技术储备和产能储备的需要，也是推进煤炭清洁高效利用和保障国家能源安全的重要举措，尤其以低阶煤热解转化为抓手、分级分质利用为方向、环保能效循环经济为重点、油气电化热为目标，真正推动“十三五”期间中国低阶煤技术发展的重大突破。
概述
根据《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》以及《能源发展“十三五”规划》，制定的《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》已于今年三月份出台，规划包括了煤炭深加工产业示范的指导思想、基本原则、发展目标、主要任务和保障措施等重要内容。
亟待解决的问题
对在“十二五”期间，煤炭深加工新兴产业存在的一些问题进行了深刻的分析，认为目前仍处于初级阶段，尚存在如下一些主要问题亟待解决。
生产工艺和环保技术有待完善
由于设计和装置可靠性等问题，未能实现长周期、满负荷运行。系统优化集成不够，主体化工装置与环保设施之间、各单元化工装置之间匹配度不够，从而增加了投资和资源消耗，影响了总体运行效果。相关环保技术发展相对滞后，废水处理难度大、处理成本高。
示范项目建设秩序有待规范
存在批大建小、进度滞后、工程造价超概算等问题，已启动的前期工作项目在落实煤炭资源、水权置换、排污指标等配套条件方面存在一定困难。
企业运营管理水平有待提高
示范项目承担单位大多来自煤炭、电力、传统化工等领域，对技术密集、工艺复杂的煤炭深加工产业深入研究不够，建设、运营管理可借鉴的经验有限，对油气和石化产品市场规律把握不足，示范效果与预期存在差距，总体风险控制水平有待提高。
产业支撑体系有待健全
在推进大型工程建设，支撑体系建设方面相对滞后。符合煤炭深加工产业特点的设计理念和体系有待建立，技术装备的定型化、标准化、系列化有待提高，工程设计、建设、产品、安全、环保等标准规范需加快制修订进度，以支撑产业健康发展。
煤化工发展坚守的原则
在分析问题的基础上提出了煤化工发展的48字原则。
自主创新，升级示范。
强化原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，推动新工艺、新技术、新产品、关键装备，环境保护等全方位升级示范。
量水而行，绿色发展。
坚守水资源管理“三条红线”，坚持规划环评和建设项目环评并重，执行最严格的环境保护标准，努力实现绿色发展。
严控产能，有序推进。
坚持高起点、高标准发展，列入规划的项目应承担明确的示范任务，成熟一个，建设一个，逐步提高产业水平和层次。
科学布局，集约发展。
落实《全国主体功能区规划》，按照“靠近原料、靠近市场、进入园区”的原则，科学合理确定产业布局。
转换动力，助推转型。
努力将煤炭深加工产业培育成为煤炭资源地区经济发展的新动力。加快当地产业结构调整和经济转型发展。
优势互补，协调发展。
将煤炭深加工作为我国油品、天然气和石化原料供应多元化的重要来源，发挥与传统石油加工的协同作用，推进形成与炼油、石化和天然气产业互为补充、协调发展的格局。
十三五”低阶煤分质利用示范项目及重点内容
“十三五”低阶煤分质利用重点是对成煤时期晚、挥发份含量高、反应活性高的煤进行分质利用，通过油品、天然气、化学品和电力的联产，实现煤炭使用价值和经济价值的最大化。由此对低阶煤应用给出了明显的定位。
示范项目内容
对低阶煤要研发重点突破清洁高效的低阶煤热解技术，攻克粉煤热解、气液固分离工程难题，开展百万吨级工业化示范。研究更高油品收率的快速热解、催化（活化）热解、加压热解、加氢热解等新一代技术。加强热解与气化、燃烧的有机集成，开发热解-气化一体化技术和热解-燃烧一体化技术，配合中低热值燃气轮机或适应性改造后的燃煤锅炉，开展焦油和电力的联产示范。研发煤焦油轻质组分制芳烃、中质组分制高品质航空煤油和柴油、重质组分制特种油品的分质转化技术，开展百万吨级工业化示范。研究中低温煤焦油提取精酚、吡啶、咔唑等石油难以生产的精细化工产品技术。开展50万吨级中低温煤焦油全馏分加氢制芳烃和环烷基油工业化示范。开展半焦用于民用灶具、工业窑炉、烧结、高炉喷吹、大型化气流床和固定床气化、粉煤炉和循环流化床锅炉工业化试验、示范及推广。在各单项技术突破的基础上，加强系统优化和集成，开展油、气、化、电多联产的千万吨级低阶煤分质利用工业化示范。
“十三五”低阶煤分质利用新建示范项目为：建设京能锡盟、陕煤化榆林、延长石油榆林、陕西龙成、呼伦贝尔圣山低阶煤分质利用示范项目，分别承担相应的示范任务。详见表1所示。
储备项目
主要储备项目为：延长石油榆横煤基油醇联产、阳煤晋北低阶煤分质利用多联产、京能哈密煤炭分级综合利用、新疆长安能化塔城煤炭分质利用、华本双鸭山煤炭与生物质共气化多联产、珲春矿业低阶煤分质分级利用等项目。
低阶煤热解技术现状分析
热解技术类型
中国低阶煤热解提质技术有几十种之多，由于长烟煤、褐煤储量大，高水份、高挥发分、易燃等属性决定了低阶煤直接利用存在一定的不合理性，由于低阶煤煤质复杂，热解路径众多，因此国内工艺技术繁多，表2给出了目前国内比较常见的22种热解技术类型。
热解技术主要特征
由表2可知，这些低阶煤热解工艺大部分均投入运营，比较典型的内热式立式三段炉（干燥、碳化、冷却）等在兰炭等方面投入较多，单系列规模大都在5～10万t/a左右，其中还有个别工艺仍在进行工业试验。这些热解技术现状可以用二句话概况：一是大部分通过了有关部门组织的技术鉴定，基本上都正面对这些低阶煤热解装置进行了技术评价，生产示范装置达到中国（或世界）先进水平，具有完全自主知识产权，各项设计指标达到设计要求，经72 h运行考核生产出热解的产物，焦油、煤气和半焦产品达到了产品指标要求；二是部分运行或间歇运行装置（炼焦和兰碳除外）长周期稳定生产较差，规模小产业链短，环保配套不全是一种比较普遍的现象。对上述技术进行分析归纳，见表3所示。
热解技术特点分析
对国内10种热解工艺特点参数的分析分别列于表4。
根据表4提供的内热式三段直立炉，如中钢鞍研院RNZL炉，神木三江SJ炉等小颗粒低阶煤热解典型工艺流程示意见图1。
根据表5提供的内热式半焦热载体移动床，大连理工大学的DG炉，粉煤热解典型工艺流程示意见图2。
根据表5提供的内热式高温炉灰热载体流化床，浙江大学的ZDL炉，粉煤热解典型工艺流程示意见图3。
根据表6提供的回转窑热解炉等，典型的工艺流程示意见图4。
热解存在的主要问题分析
由表6提供的部分低阶煤热解技术，目前在工程应用上还存在一些问题：
长周期稳定性分析
兰炭热解工艺受煤质的特定要求，必须使用块煤，所产煤气质量差，尽管产气量较大，但煤气热值在7.5-8.5MJ/m3, 焦油产率低，规模小，环保性能差，综合利用存在不足；鲁奇三段炉热解工艺使用块煤，所产煤气质量差，尽管产气量较大，但煤气热值在7.3-8.1MJ/m3, 焦油产率低，规模小，环保性能差，综合利用存在不足；LCC低温热解工艺对粒度有一定的要求，所产煤气质量较差，尽管产气量较大，但煤气热值偏低, 自热平衡不足，需要外补热源，副产的煤气不能进行深加工，焦油产率较高，规模小，综合利用存在不足；DG低温热解工艺要求粒度<6.5mm, 焦油产率较高，煤气热值在17-18MJ/m3, 规模中型，半焦作为热载体，长周期运行不足，综合利用较好；流化床低温热解工艺焦油产率较高，煤气热值在18-19MJ/m3, 规模中型，由于固体产品是半焦和炉灰的混合物，只能适用于电厂流化床锅炉副产蒸汽发电，由于大量的炉灰（循环比在5－7）与半焦混合降低了含碳量，能耗高、燃烧效率降低，使用范围受限，与大型发电装置比较没有优势。
这些有代表性的热解工艺由于热平衡、长周期、稳定性、大型化、综合利用等方面存在的局限性都还不能适应煤炭分级分质转化利用的目的，导致经济性不理想而难以大型化和产业化。
高温油气粉尘分离难分析
由于热解工艺决定了在热解过程中形成的粉未或热载体带入的粉未以及低阶煤，尤其是褐煤的热稳定性差，受热裂变成粉尘，存在安全隐患，污染严重，高温的粉尘与热解的油气混合在一起，对后续的高温油气粉尘分离产生了很大的影响，难以有效分离。现今的高温除尘器技术还能以彻底解决严重的油气粉尘分离和安全隐患，虽然采用陶瓷过滤器交替燃烧改进，但仍存在过滤器易损耗，粉尘堵塞甚至导致爆炸的危害。
热解废水处理难分析
难降解废水：低阶煤受低温热解工艺的限定，在较低温度下进行的碳结构中的交联键断裂，产物重组和二次反应，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、热解煤气等产物，由于这些物质的特性以及煤炭中的重金属组分等会伴随着水分溶解在里面，这些难降解物种类多，高浓有机物、高难降解物、高含毒物,高含油物、高含氨氮等污染物。BOD与COD的比值远远小于0.3。
焦化热解废水：中除含有较高浓度的氨氮外,还有苯酚、酚的同系物如萘、蒽、苯并芘等多环类化合物。此外还含有氰化物、硫化物、硫氰化物等。这类废水中有机物以芳香族化合物和杂环化合物居多，同时含有硫化物、氮化物、重金属和有毒有机物，色度高，有异味，散发出刺鼻恶臭，具有强酸强碱性；
低温热解废水：成分同样非常复杂，采用一般的生化工艺很难处理。需同时设置焦油和除酚、氨及回收设施进行预处理，预处理后有机废水的COD仍然较高，可生化性较差。难于生物处理的原因,本质上是由其难降解物种类的特性决定的。在微生物群落中,没有针对要处理的化合物的酶,使其具有抗降解性，同时含有对微生物有毒或者能抑制微生物生长的物质(有机物或无机物) ,从而使得有机物不能快速的降解。同时还存在零排放和高浓盐水的无害化综合利用。
大型化及一体化分析
由于低阶煤热解装备在单系列装置、中试装置、示范装置生产规模上还没有形成百万吨级的规模，甚至更大的规模。如200万t/a或300万t/a的低阶煤热解装置，正是由于示范装置长周期、稳定性、环保性、油气粉尘分离、焦油加氢精制等原因造成没有更大规模的工业应用。因此，也就较少进行单系列百万吨级示范项目的工业验证，目前在这方面有所突破。没有低阶煤装备大型化的进程，也就没有基地大型化、没有统筹的一体化分级分质利用全产品链建设，也就谈不上油气电化热的一体化综合循环利用。
低阶煤热解优化的思考
煤热解温度选择
热解热源：热解过程所需要的热量是由外部提供的，供给的热量对热解反应有很大的影响。选择不同的热解温度对热解获得的产品需求也是完全不同的。低温热解温度通常控制在500~600℃，中温热解温度通常控制在700~800℃，高温热解温度通常控制在850~1000℃。选择合适的热解温度非常重要。即要考虑低阶煤的组分、煤质以及含油率等重要参数，也与考虑确定热解产品的需求及全产业链的关联度，同时还要考虑初级原料的深加工和三废的处理等关联度。
在不同热解状态下的产出物类型：在低温条件下：更易获得较多的液体产品，即焦油。在高温条件下：更易获得较多的气体产品，即热解煤气。在中温条件下：即可获得一定的液体产品，同时也获得一定的气体产品。热解温度高低对半焦产出物内部结构影响较大：热解温度越高，固体原料的焦化程度也越高，碳内部结构发生一定的质的变化，对后续固体燃料的加工造成一定的影响。
煤粒度及热解炉型选择
原料粒度与传热传质有关：显然不同的加热速度，如慢速（3~5℃/min）、中速（5~100℃/s）、快速（500~10000℃/s）等对原料煤的粒度大小、热解反应器的结构要求均是不同的，粒度必须与这些炉型结构和工艺参数相匹配，才能获得较高的热解目标产物。一般情况下，粒度范围，如粉煤、6~8mm、10~20mm、8~60mm、块煤10~100mm等。不同的粒度对应不同的热解反应器类型结构，不同的热解反应器结构要选择最佳的原料粒度。我们既可以由粒度来对应不同类型的热解炉结构，也可以根据确定的炉型来匹配相应的最佳原料粒度。
流化床热解炉
选择粒度：通常适用于小颗粒的原料煤粒度，一般以<6mm粒度为宜。物料在床层内呈流化状态，传热过程比较快，比较容易实现热解的过程。在热解过程中若与高温的炉灰混合加热，容易与热解的油气混合在一起，对后续的油气灰分离造成影响。由于低温流化床热解，本身粒度较小，不怕煤加热粉化，与其它低温热解相比，这种热解工艺能多产焦油，而且焦油中含有脂肪烃、芳烃和酚类物质，经加工能得化学品和燃料油。
移动床热解炉
选择粒度：通常比较适合小颗粒的热解原料煤，一般以6~8 mm粒度为宜。这种粒度也比较容易实现热解的过程，在热解过程中也会产生少量的粉尘，油气粉尘的混合分离相对流化床要容易些。该炉型除出焦系统外，均为静设备，动力消耗低，热解为渐温加热过程，热解产生的油气逐渐上升，遇冷煤重质焦油便凝析，随煤下行进入高温区，重质焦油会二次热解，产生轻质油，煤层之间有较好的过滤作用，煤的热崩碎几率较小，粉尘较易于除去，确保油品质量。
回转（旋转）热解炉
选择粒度：通常适合较大颗粒的热解原料煤，一般以8~30 mm粒度为宜。这种粒度在热解过程中较少形成粉尘，油气粉尘的混合分离相对要容易些。炉内物料受热也比较均匀，升温速度较快，温度控制比较精准，易于实现最佳热解温度，避免温度过高导致焦油二次裂解，产生的荒煤气体积小，含焦油浓度高，便于回收。
粉煤回转热解炉
选择粒度：适于粉煤热解，以粒径0.2～30 mm的粉煤为原料，热烟气在干燥粉煤的同时，去除粒径＜0.2mm的煤尘。采用回转炉干燥与回转炉热解串联，加热介质采用逆、并流结合的方式供热，炉内温度分布较合理，煤焦油收率高、煤气组分优、固体产品活性好、耗水少、原煤中水的回用率高。适宜在低阶煤资源丰富、水资源缺乏地区推广应用，经回转干燥、除尘、干馏、冷却、增湿、钝化等环节，产出热值较高的煤气、煤焦油和半焦无烟煤。热解过程用自产的煤焦油洗涤热解气中携带的煤焦油(传统工艺为水洗)，并将粉煤干燥析出废水与热解水分别处理、梯级利用。因受细煤粉与煤焦油混合物难以分离、易堵塞设备管道等问题制约，还有待完善。
热解产品
热解目标产品选择确定热解工艺：由于低阶煤热解工艺类型较多，在热解过程中首先要取决于对目标产品的选择。如以煤焦油和化学品深加工为主目标产品，热解煤气为次目标产品，则选定低阶煤热解的要素为：低温热解—快速—较短停留时间－内热式—移动床/回转炉—氢气或隔绝空气－小粒度煤。如DC热解工艺就是基于上述因素考虑的。如果产品链选择发电、热解煤气为主目标产品，低温热解—快速—较短停留时间－内热式—流化床—氢气或隔绝空气－更小粒度煤。
综上所述，低阶煤热解的发展趋势：是以低阶煤为原料，集煤的预处理、气化、合成、发电、供热等技术于一体的低阶煤分级分质多联产综合利用，研究开发完善低阶煤低温（中温、高温）快速（中速）热载体气流床（固定床、流化床、回转炉）热解工艺，以提取焦油、干馏煤气和半焦为主要产品的分级分质、获取高附加值目标产品，提升全产业链发展水平和经济效益，确保长周期、稳定性、环保安全、高效节能的稳定运行，推进十三五期间低阶煤分级分质利用的健康发展。
