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文︱陈继军 通讯员 徐宝平
记者最近调研发现，经过各方不懈努力，目前困扰煤炭分质利用的半焦出路、粉煤热解、热解炉规模小、高浓度焦化废水难以经济有效处理等难题均有突破。这为我国煤炭分质利用打开了更为广阔的前景。
半焦有了巨大市场
“8月以来，山东省内兰炭、型煤货源紧张，价格持续攀升。近期，随着气温降低，当地一些经销商为了多采购兰炭，不得已提着现款前往陕西榆林地区排队等货，甚至托熟人才能搞到所需的兰炭，兰炭市场出现了少有的火爆场面。”山东济宁华美能源公司副总经理李平向记者透露。
李平介绍，山东济宁、德州、泰安等不少地市，除电厂、大型锅炉及工业企业用煤外，散烧煤运输车辆一律不让下高速公路，这就从源头上卡住了未经任何处理的原煤直接进入村镇用户。与此同时，山东省还通过政策引导、宣传教育、法律强制以及财政补贴等多种方式，鼓励居民使用洁净兰炭/型煤，实施散烧原煤替代计划，从而使该省兰炭价格由6月份的500多元/吨一路攀升至目前的800多元/吨。
“除了居民冬季取暖用兰炭数量激增外，大棚种植户的兰炭/型煤需求量也出现了井喷式增长。”山东济宁华美能源公司总经理边茂营补充说。
据边茂营介绍，山东是全国大棚种植基地，几乎每个县镇都有大棚种植户。寿光的蔬菜、鱼台的食用菌更闻名全国甚至亚洲。为确保蔬菜、食用菌正常上市，每到冬季，大棚种植户都要启用小锅炉，为其大棚供气供暖。
粗略统计，仅济宁市种植户所用的小锅炉就有3000多台，整个山东省（包括沿海渔民水产养殖用锅炉）达10多万台。此前，种植户所用的基本为链条式层燃锅炉，所用燃料为未经任何处理的原煤，存在能耗高、排放多、污染重、热效低等弊端，连同各家各户居民冬季取暖用散煤一道，成为雾霾重要贡献者。今年，山东省政府连出重拳，在铁腕治理居民采暖用散煤的同时，要求所有种植户（含水产养殖户）所用锅炉一律改为天然气锅炉或洁净兰炭/型煤锅炉，并给予了相应的补贴政策。
在政策推动下，山东省内洁净兰炭/型煤常压锅炉需求量出现井喷式增长。以专业从事洁净兰炭/型煤锅炉设计生产的山东济宁华美能源公司为例。自8月中旬在济宁市鱼台县举办的“2016年第一届锅炉洽谈会”上展示了第一台锅炉以来，由于种植户对这种锅炉的高效、快捷、环保性能和卓越的性价比十分认可。目前，该公司已经接合同订单200余台，员工已经连续3个月不分昼夜地加工生产，仍满足不了用户需求。一些种植户为了在冬季到来前安装好锅炉，往往连夜排队等货。
“据我们初步调查，仅济宁市每年种植户所需的兰炭/型煤就将超过3万吨，整个山东省的种植户每年所需的兰炭/型煤将达30万吨左右。加上农村居民冬季取暖用量，山东省每年的兰炭/型煤需求量将超过60万吨。”边茂营透露。
兰炭/型煤市场火爆的消息在记者随后的采访中得到证实。
10月28日，陕煤化集团神木富油科技有限公司总经理杨占彪在接受记者采访时透露，目前榆林当地兰炭供需两旺，甚至出现了供需紧平衡，一些外地车辆往往需要排队数小时甚至半天时间才能装货离开。
不仅块状兰炭需求旺盛，就连业内此前十分担忧的粉焦也有了巨大的消费市场。据杨占彪透露，2013年4季度，神木富油能源科技有限公司通过大量调研，发现虽然榆林当地焦粉十分滞销，价格低廉，但做成型焦后不仅市场需求巨大，而且附加值很高，于是迅速组建专业从事环保型焦生产销售的神木富瑞环保型煤开发有限公司。
该公司以神木地区去掉了硫、磷、氮、挥发分且采用清水熄焦（或干熄焦）工艺所产的清洁焦粉为原料，经特殊工艺加工而成的富瑞牌型焦，因热值高、排放少、环保清洁，一经推出立即被市场接受认可，现已广泛销售至京津冀陕鲁豫等地，产品持续供不应求。为满足市场需求，富瑞公司不得不连续扩大生产能力，目前，公司的型焦产能已经由最初的10万吨/年放大至100万吨/年。
中国科学技术协会副主席、中国工程院院士谢克昌此前曾透露，仅京津冀地区每年居民取暖、炊事消耗的散煤就超过4000万吨，全国居民取暖、炊事、大棚种植等领域消耗的散煤则超过2亿吨，即便将每年6000万吨的无烟块煤全部用于农村散煤,仍有超过1.4亿吨缺口。这表明，随着各地治雾降霾和散煤替代力度的加大，去掉了硫、磷、氮、挥发分的洁净兰炭及粉焦制成的型焦，将拥有亿吨级的消费市场。此前业内担忧的煤分质利用的主要产物之一兰炭/粉焦的出路问题，不仅会因此迎刃而解，甚至可能供不应求，成为煤分质利用项目的重要利润增长点。
粉煤热解已有多条路径
“我们的技术将没有半焦（或焦粉）生成，颠覆了以热解为龙头的煤炭分质利用必须产生半焦（或焦粉）的传统理念，取得了诸多领域的突破与创新。”10月下旬，延长石油集团煤化工首席专家李大鹏通报的这一消息，令包括记者在内的众多业内人士震惊又振奋。
据李大鹏介绍，延长石油集团在大量研究国内外煤热解、煤气化，以及石油炼化过程所用的提升管劣质油裂解技术后，大胆地提出了开发煤提取煤焦油与制合成气一体化技术（CCSI）的设想，并于2012年10月开始研发。经过无数次小试实验研究和冷态模拟研究，最终取得成功，于2015年8月完成36吨/日投煤量的工业试验装置设计与建设工作。2015年11月，该工业化试验装置打通全流程，验证了CCSI技术的工艺可行性，之后又对相关工艺和设备进行优化和多次投料试验，2016年10月再度投料后，实现连续稳定运行，煤焦油产率达16.23%，合成气有效气含量大于35%，标志着历时4年的研究攻关取得成功。
目前，有关各方正根据工业化试验装置积累的数据和经验，加紧100万吨/年（3600吨/日）CCSI产业化装置工艺包编制工作，预计“十三五”期间将开展工业示范和技术推广。
“我们经过周密测算，若对现有燃烧锅炉配套300兆瓦亚临界燃气发电机组实施CCSI升级改造，只需投入5000万元，就可使整个装置的能源综合效率提升至42.99%。当量供电煤耗降至293.16克标准煤/千瓦时，烟气中污染物含量显著降低。如果新建CCSI装置配套350兆瓦燃气轮机发电机组，其投资强度只有6000～7000元/千瓦，综合能效高达46.85%。当量供电煤耗降至264.62标准煤/千瓦时，烟气中污染物浓度可直接达到燃气机组的超低排放标准。若CCSI为龙头配套煤制天然气装置，由于能效高、能耗低、拔头获取了15%以上的煤焦油，则其天然气综合成本可降至0.74元/标准立方米，优于任何进口气和国产气。”李大鹏兴奋地对记者说。
另据记者了解，啃下粉煤热解这块硬骨头的还有陕煤化神木天元化工有限公司、北京神雾集团有限公司、河南龙成集团以及陕煤化集团上海胜邦化工技术有限公司。
其中，上海胜邦化工技术有限公司联手陕北乾元能源化工公司开发的低阶粉煤气固热载体双循环快速热解技术（SM-SP），参考了石油炼制过程催化裂化技术的工艺原理，以循环粉状半焦为热载体，以提升管为热解反应器，通过流化床烧炭器加热热载体提供反应所需热量，使粉煤在提升管内与热载体充分混合接触后快速热解。其工艺流程如下：
粉煤→借助来自分馏塔顶部的煤气流化输送至提升管→与热载体混合热解→油气+焦粉→沉降器→气固分离；约20%焦粉→燃烧器→缺氧燃烧→高温焦粉→为提升管反应器提供热源；80%焦粉→干熄冷却→产品；油气→急冷塔→分馏塔→煤气+煤焦油。
据上海胜邦科技公司总经理沈和平介绍，由于热解反应在提升管中进行，克服了传统工艺设备热解煤粉时易堵塞、挂壁、结焦、积炭等难题。加之采用了提升管循环气流化床反应器快速热解和快速冷却高效分离装置以及干熄焦技术，SM-SP技术能源转换效率高达80.97%、焦油产率可达17.11%，热解速度快、分离效果好、结焦率低、、焦粉品质好、废水产量少。
2015年5月，采用该技术建设的2万吨/年工业试验装置投入试运行，在累计运行2000多小时、验证了技术的可靠性和装置的安全稳定性后；2016年8月20日到23日，通过了中国石化联合会组织的72小时现场标定；2016年9月11日，被谢克昌、倪维斗、杨启业等9位院士专家组成的鉴定委员鉴定为“技术创新性强，总体达到国际领先水平”。
记者进一步调研发现，目前河南龙成集团和北京神雾集团的技术均已经建成百万吨级工业化示范装置；CCSI、SM-SP以及低阶粉煤回转热解制取无烟煤工艺技术正在进行百万吨级工艺包编制。这表明，一度困扰煤分质利用且被誉为世界性难题的粉煤热解技术，不仅已经取得突破，而且将有更多技术路径可供选择。
焦化废水已有解决方案
“我们的废水装置已经平稳运行一年半，各项指标达到设计要求，处理后的废水既可深度处理后作为中水回用，也可直接排入城市污水处理厂。”在陕煤化集团神木富油能源科技有限公司总经理杨占彪看来，业内担忧的半焦废水处理难题实际已经有了成熟的解决方案。
杨占彪告诉记者，半焦废水中的高浓度有机物，主要来自热解系统的水洗工段，即用含氨废水洗涤焦炉气中的煤焦油，再从含焦油水中回收煤焦油。分离了大部分煤焦油的水再打回热解系统循环利用。这样反复循环，使得热解排出水的成分十分复杂，常规方法根本无法处理，传统的焦化蒸氨工艺同样无法满足出水水质要求。
为解决上述难题，2013年，陕煤化集团神木富油能源科技有限公司经过大量调研遴选并开展联合攻关，2014年开发出能够高效处理高含油、高氨氮、富含酚的有机物的废水预处理工艺。该工艺对上述高浓度废水进行预处理的同时，可将污水中的氨氮、硫化物、油、酚等有价值的物质分离和回收，变成高附加值的产品或原料。经预处理后的污水，其酚含量小于300毫克/升、油含量小于500毫克/升、化学需氧量降至2000毫克/升，达到生化系统直接进水标准，为生化处理后终端水的回用创造了条件。
“一年多的试运行表明，我们开发的集成耦合半焦废水处理工艺技术，操作弹性大，对入水水质的适应性强，经济环保效益好，是现实可行的半焦废水处理优选方案。以15立方米/小时装置为例，实现连续平稳运行后，年节水近30万立方米，企业外排水量骤降50%以上，节约水费180万元；年回收焦油及粗酚超过1000吨，节本增效300多万元。”杨占彪自豪地对记者说。
记者了解到，由哈尔滨工业大学城市水资源开发利用（北方）国家工程研究中心韩洪军教授课题组开发的煤化工废水多级生化组合处理技术，已经分别在中煤龙化和中煤图克大化肥项目成功应用。以碎煤加压气化技术为龙头，污水具有高酚、高油、高氨氮、高化学需氧量的中煤图克大化肥项目，采用该技术后甚至实现了废水零排放。这表明哈工大两年前就掌握了高油、高有机物污水处理专有技术。
记者粗略统计，目前已经完成中试或实现工业化应用验证的高含油、酚、芳环化合物、化学需氧量、氨氮的污水处理技术，已有8～10条路径。
来源：《中国煤化工》杂志
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