行业要闻
煤化工
近期，采用大型工业化低阶粉煤回转热解成套技术建设的陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司（以下简称天元公司）60万吨/年粉煤分质综合利用示范项目。
在煤化工项目经济性差强人意、同时面临实现双碳目标的巨大压力下，大型工业化低阶粉煤回转热解成套技术为何会受到热捧？该技术具体有哪些特点？能够解决什么问题？陕煤集团木天元化工有限公司总经理李秀辉是这样解答的。
低阶煤热解已经有许多技术路径，为何还要开发这个技术？
李秀辉认为：煤热解能够通过较少的能源消耗，从煤炭大分子中分离出气（煤气）、液（焦油）、固（焦炭）3种形态的物质，进一步加工成几十上百种产品，充分利用了煤的化学能、热能和材料属性，是煤炭高效清洁利用的核心技术，自1860年德国通过低温干馏成功生产出灯油、石蜡起，就受到广泛关注。
世界上许多国家都开展过煤热解技术的研发，先后有近30种煤热解技术诞生。但其中只有5～6项技术实现了工业化应用。而在这5～6种工艺路径中，有的虽然建成工业化装置，但无法满足安、稳、长、满、优的工业化生产要求。
我们一直攻关的是采用外燃内热式直立炉的低阶煤回转热解技术。但外燃内热式直立炉存在一系列问题，其中最大的问题就是受热解炉结构制约只能以低阶块煤作原料，原料适应性小，采购成本高。
围绕这个问题，从2011年开始，我们与华陆工程科技有限公司联手，开始了粒度30毫米以下的低阶粉煤热解技术研究。
2012年，我们开发并建成了5万吨/年低阶粉煤回转热解制取无烟煤中试装置，同时形成了完整两工艺包。
2017年6月，660万吨/年处理能力的低价粉煤回转热解炉项目一期60万吨/年工业化示范装置开始建设，期间项目先后攻克了设备放大、管道堵塞、油气粉尘含量高、装置运行周期短、设备结焦、油水分离困难、污水处理难等系列难题，
2019年5月11日一次性投料试车成功。
2019年11月26日，该项目在北京通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。当年，该技术的核心设备——大型粉煤热解回转反应炉入选国家《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录》（2019版）。
到目前为止，该技术共获得国家授权专利70项。其中，发明专利17项、实用新型专利53项。
技术上有哪些创新?
一是自主开发设计的核心设备——回转反应炉的单炉处理煤量达120万吨/年，是目前世界单炉最大的热解炉，为大型工业化奠定了基础。
二是自主开发了多级高效油气除尘工艺，解决了粉煤热解中油气尘难以高效分离的世界性难题。
三是设计了独特的原煤干燥水、热解水分级回收系统，单位产品水耗仅0.05吨，污水处理量更少，整个装置的能源转化效率达86.31%。
四是煤粒直径50毫米以下不经筛选的低阶煤均可作为原料，原料适应性更广、成本更低。
五是所得提质焦粉可广泛用于替代无烟煤、高炉喷吹、配煤炼焦、烧结铁矿石燃料、电石、金属冶炼、民用燃料、合成氨、碳素材料、吸附剂等领域，拓展了焦粉应用空间，提升了项目竞争力和盈利能力。
六是所得产品品质好——提质焦粉固定碳含量高达82%，全水、灰分、挥发分以及硫含量分别不超过10%、7%、10%和0.25%，已经在钢铁行业得到应用；煤焦油的机械杂质和水分分别低于0.8%和0.5%；煤气热值超过7200千卡/标准立方米，有效气体含量超过85%，甲烷含量超过40%。
更为重要的是，60万吨/年工业化示范项目自投产以来，很快实现了满负荷率运行，至今已累计运行11000多个小时，刷新了低阶粉煤热解工业化装置连续运行的最高纪录。
关于二期项目进展
李秀辉回答：二期的规模是600万吨/年，预计总投资74.79亿元，现已开始场平和长周期设备订货，预计2022年底建成并具备整体试车条件，计划2023年投产。达产后，可年产提质焦粉368万吨、煤焦油56万吨、液化天然气25.71万吨、液化石油气7.46万吨，年可实现工业总产值56亿元、利税总额20亿元。
双碳目标背景下，未来前景如何？
李秀辉认为：实现双碳目标的关键是高效清洁利用包括煤炭在内的化石能源，而非禁煤。国家“十四五”规划中明确提出，要增强能源持续稳定供应和风险管控能力，实现煤炭供应安全兜底、油气核心需求依靠自保、电力供应稳定可靠，做好煤制油气战略基地规划布局和管控……这表明，用好煤、少用煤正是实现双碳目标的重要手段。
虽然煤化工出现了行业性巨额亏损，但天元公司以低阶粉煤回转热解成套技术为龙头的煤炭分质利用项目均实现了较好盈利。尤其今年前两月，仅60万吨/年低阶粉煤回转热解装置就实现利润480万元。
项目概况
由陕煤集团主导建设的首个国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室，2012年8月在陕西组建，神木天元被认定为该重点实验室的试验示范基地。基地自成立以来，在煤热解及中低温煤焦油综合利用领域取得丰硕成果。
此前，神木天元投入科研力量针对低阶粉煤热解开展研究，与华陆工程科技有限责任公司合作攻关，形成了具有自主知识产权的低阶粉煤热解技术。2012年，5万吨/年低阶粉煤回转热解制取无烟煤工艺技术研究项目启动建设。
在此基础上，神木天元规划了660万吨/年粉煤分质综合利用工业化项目，其中一期工程60万吨/年示范装置于2019年5月打通工艺流程产出合格产品。同年11月26日，大型工业化低阶粉煤回转热解成套技术开发与应用项目经中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定，达到国际领先水平。
中低温热解是在隔绝空气的条件下，将原料煤进行热分解产生气体(热解气)、液体(煤焦油)和固体(半焦，也称兰炭)三相物质。与传统的加压煤气化相比，这种技术具有反应温和、能耗低、投资少等特点，不破坏煤炭分子结构，就像煤炭资源是经过久远年代成形机理一样。该装置原料适合粒度为0~30毫米的粉状褐煤、长焰煤、弱黏煤、不黏煤等高挥发分煤种，采用回转干燥、回转反应炉低温热解等新技术，可生产提质焦粉、煤焦油、荒煤气及其下游深加工产品。
其中，气体中的CO、H2、CH4等有效成分占80%以上，可分离CH4制取LNG，CO、H2合成多种化学品，也可提取纯氢发展氢能源。固态提质焦粉产品可以通过工艺调整，针对用户需求实现定制化生产不同产品。譬如针对炼钢高炉喷吹需要挥发分和灰分含量10%以下的焦粉；动力配煤、民用清洁燃料则对挥发分和热值要求高；或者可作为还原剂、无烟煤替代或吸附材料等。煤焦油含有环烷烃、芳烃及酚类、萘、醌等化合物，其中一些物质经深加工可提取经济附加值更高的精细化学品。若采用常规方法加氢制取轻质化油，既浪费其中的宝贵资源又污染环境。
神木天元瞄准中低温煤焦油提取酚类化合物自主开展技术攻关，掌握了萃取提酚法关键技术。2013年10月，神木天元2.2万吨/年中低温煤焦油提取精酚装置建成投产，以预处理产生的酚油为原料生产苯酚、邻甲酚、间对甲酚、二甲酚等产品。经过2年多的攻关，神木天元又将煤焦油中的三环、四环类芳烃通过多元复合萃取制取高端精制沥青(煤基碳材料)，其中喹啉不溶物小于0.04%。2019年12月底，12万吨/年中低温煤焦油制备碳材料项目建成试运行，今年5月产出合格产品，目前装置运行稳定并正在优化工艺。精制沥青下一步可继续加工成针状焦、炭素、超高功率电极、锂电负极材料等高端碳材料。
