最近，采用大型工業(yè)化低階粉煤回轉熱解成套技術建設的陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司（以下簡稱天元公司）60萬噸/年粉煤分質綜合利用示范項目，受到業(yè)內(nèi)企業(yè)甚至基金經(jīng)理的關注，前往考察商談合作的企業(yè)絡繹不絕。
在煤化工項目經(jīng)濟性差強人意、同時面臨實現(xiàn)雙碳目標的巨大壓力下，大型工業(yè)化低階粉煤回轉熱解成套技術為何會受到熱捧？該技術具體有哪些特點？能夠解決什么問題？
帶著這些問題，記者專訪了該技術帶頭人——天元公司總經(jīng)理李秀輝。
李秀輝 陜煤集團神木天元化工有限公司 總經(jīng)理
1970年7月出生，北京大學工商管理碩士，高級工程師，深耕煤熱解技術數(shù)十年，領銜開發(fā)的大型工業(yè)化低階粉煤回轉熱解成套技術獲中國煤炭工業(yè)科技二等獎，已獲70項國家授權專利；領銜開發(fā)的低階粉煤回轉熱解制取新型無煙煤工藝技術獲中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會技術發(fā)獎三等獎；領銜開發(fā)的塊煤干餾中低溫煤焦油制取輕質化燃料工藝技術先后獲得陜西省石化科技一等獎、陜西省科技二等獎、中國煤炭工業(yè)科技二等獎、中國資源綜合利用科技二等獎、中國石化科技進步二等獎；領銜開發(fā)的高濃度有機廢水處理技術已在焦炭行業(yè)推廣應用。
記者：低階煤熱解已經(jīng)有許多技術路徑，你們?yōu)楹芜€要開發(fā)這個技術？
李秀輝：煤熱解能夠通過較少的能源消耗，從煤炭大分子中分離出氣（煤氣）、液（焦油）、固（焦炭）3種形態(tài)的物質，進一步加工成幾十上百種產(chǎn)品，充分利用了煤的化學能、熱能和材料屬性，是煤炭高效清潔利用的核心技術，自1860年德國通過低溫干餾成功生產(chǎn)出燈油、石蠟起，就受到廣泛關注。
世界上許多國家都開展過煤熱解技術的研發(fā)，先后有近30種煤熱解技術誕生。但其中只有5～6項技術實現(xiàn)了工業(yè)化應用。而在這5～6種工藝路徑中，有的雖然建成工業(yè)化裝置，但無法滿足安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)的工業(yè)化生產(chǎn)要求。
我們一直攻關的是采用外燃內(nèi)熱式直立爐的低階煤回轉熱解技術。但外燃內(nèi)熱式直立爐存在一系列問題，其中最大的問題就是受熱解爐結構制約只能以低階塊煤作原料，原料適應性小，采購成本高。
圍繞這個問題，從2011年開始，我們與華陸工程科技有限公司聯(lián)手，開始了粒度30毫米以下的低階粉煤熱解技術研究。
2012年，我們開發(fā)并建成了5萬噸/年低階粉煤回轉熱解制取無煙煤中試裝置，同時形成了完整兩工藝包。
2017年6月，660萬噸/年處理能力的低價粉煤回轉熱解爐項目一期60萬噸/年工業(yè)化示范裝置開始建設，期間項目先后攻克了設備放大、管道堵塞、油氣粉塵含量高、裝置運行周期短、設備結焦、油水分離困難、污水處理難等系列難題，
2019年5月11日一次性投料試車成功。
2019年11月26日，該項目在北京通過了中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定。當年，該技術的核心設備——大型粉煤熱解回轉反應爐入選國家《首臺（套）重大技術裝備推廣應用指導目錄》（2019版）。
到目前為止，該技術共獲得國家授權專利70項。其中，發(fā)明專利17項、實用新型專利53項。
記者：在你們之前，國內(nèi)外就有低階粉煤熱解技術。你們的技術有哪些創(chuàng)新?
李秀輝：此前的低階粉煤熱解技術，有的工程化難題一直未得到解決，有的雖然建成了工業(yè)化裝置，卻因熱傳導效率低、高溫熱解煤氣在線氣固分離困難、熱解廢水難以處理、單爐難以突破100萬噸/年、項目能效低、經(jīng)濟性差等原因，未得到用戶廣泛認可和推廣應用。而我們的技術具有以下幾大特點和優(yōu)勢：
?一是自主開發(fā)設計的核心設備——回轉反應爐的單爐處理煤量達120萬噸/年，是目前世界單爐最大的熱解爐，為大型工業(yè)化奠定了基礎。
?二是自主開發(fā)了多級高效油氣除塵工藝，解決了粉煤熱解中油氣塵難以高效分離的世界性難題。
?三是設計了獨特的原煤干燥水、熱解水分級回收系統(tǒng)，單位產(chǎn)品水耗僅0.05噸，污水處理量更少，整個裝置的能源轉化效率達86.31%。
?四是煤粒直徑50毫米以下不經(jīng)篩選的低階煤均可作為原料，原料適應性更廣、成本更低。
?五是所得提質焦粉可廣泛用于替代無煙煤、高爐噴吹、配煤煉焦、燒結鐵礦石燃料、電石、金屬冶煉、民用燃料、合成氨、碳素材料、吸附劑等領域，拓展了焦粉應用空間，提升了項目競爭力和盈利能力。
?六是所得產(chǎn)品品質好——提質焦粉固定碳含量高達82%，全水、灰分、揮發(fā)分以及硫含量分別不超過10%、7%、10%和0.25%，已經(jīng)在鋼鐵行業(yè)得到應用；煤焦油的機械雜質和水分分別低于0.8%和0.5%；煤氣熱值超過7200千卡/標準立方米，有效氣體含量超過85%，甲烷含量超過40%。
更為重要的是，我們的60萬噸/年工業(yè)化示范項目自投產(chǎn)以來，很快實現(xiàn)了滿負荷率運行，至今已累計運行11000多個小時，刷新了低階粉煤熱解工業(yè)化裝置連續(xù)運行的最高紀錄，而且我們的爐子對煤種的適應性很強。
記者：你們的爐子主要能吃哪些煤種？收到了怎樣的效果？
李秀輝：國內(nèi)低階煤熱解技術目前主要用外燃內(nèi)熱式直立爐，也叫方爐。這種爐子只能用塊煤，生產(chǎn)過程中需補充大量空氣，導致產(chǎn)出煤氣中氮氣含量超過40%，熱值極低，粉塵含量高，幾乎很難經(jīng)濟地加以利用，所以俗稱“荒煤氣”，大多只能用來燃燒發(fā)電或點天燈。而我們這個爐子，除陜西神府地區(qū)粉煤外，還分別投用了內(nèi)蒙古褐煤、新疆粉煤、印尼粉煤。這些原煤投用后，煤氣、煤焦油、提質焦粉的產(chǎn)率、質量均符合預期，提質焦粉的質量全部達到優(yōu)良指標。經(jīng)過持續(xù)優(yōu)化改造，目前裝置運行更加優(yōu)質穩(wěn)定，各產(chǎn)品指標均優(yōu)于設計值，為二期項目設計積累了更加詳實的數(shù)據(jù)。在滿足設備安全穩(wěn)定、長壽命等綜合指標的前提下，高合金鋼用量明顯減少，進一步壓縮了項目投資，提升了項目盈利預期。
記者：你們的二期項目進展如何？
李秀輝：二期的規(guī)模是600萬噸/年，預計總投資74.79億元，現(xiàn)已開始場平和長周期設備訂貨，預計2022年底建成并具備整體試車條件，計劃2023年投產(chǎn)。達產(chǎn)后，可年產(chǎn)提質焦粉368萬噸、煤焦油56萬噸、液化天然氣25.71萬噸、液化石油氣7.46萬噸，年可實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值56億元、利稅總額20億元。
記者：雙碳目標當前，不少地方談煤色變，對涉煤項目圍追打壓。在此背景下，你覺得你們的技術還有前景嗎？
李秀輝：碳減排壓力越大，我們對自己技術的推廣應用越有信心。因為我們相信一個大前提，那就是實現(xiàn)雙碳目標的關鍵是高效清潔利用包括煤炭在內(nèi)的化石能源，而非禁煤。國家“十四五”規(guī)劃中明確提出，要增強能源持續(xù)穩(wěn)定供應和風險管控能力，實現(xiàn)煤炭供應安全兜底、油氣核心需求依靠自保、電力供應穩(wěn)定可靠，做好煤制油氣戰(zhàn)略基地規(guī)劃布局和管控……這表明，用好煤、少用煤正是實現(xiàn)雙碳目標的重要手段。
大家都知道，低階煤煤化程度低、揮發(fā)分高、水含量高、有機質化學結構中側鏈較多，有機質元素組成中氫氧含量較高，若用作發(fā)電、工業(yè)鍋爐、民用燃料一燒了之，不僅會引發(fā)嚴重的環(huán)境污染問題，而且白白浪費了其中的油、氣等輕質組分和化學品資源。而低階煤的熱解技術屬于相對緩和的加熱過程，無需加氫加氧對煤炭分子過度拆分，常壓下即可將煤分解為半焦、煤氣、焦油等產(chǎn)品，最大程度利用了煤的分子結構特點，增加了化學能的多級、多層次轉化利用，從而實現(xiàn)對煤的分質、梯級、高效、清潔利用。有關機構做過測算：我國每年消耗低階煤約20億噸，若全部通過大型工業(yè)化低階粉煤回轉熱解技術對其分質分級高效清潔利用，每年可生產(chǎn)1.87億噸油品、8570萬噸液化天然氣、2487萬噸液化石油氣、12.27億噸潔凈優(yōu)質提質焦粉。同時，相比直燃、液化、氣化等劇烈應用過程，年可節(jié)約標煤1.5億噸，減排二氧化碳3.4億噸。
我還要和同行們分享一個事實：雖然煤化工出現(xiàn)了行業(yè)性巨額虧損，但天元公司以低階粉煤回轉熱解成套技術為龍頭的煤炭分質利用項目均實現(xiàn)了較好盈利。尤其今年前兩月，僅60萬噸/年低階粉煤回轉熱解裝置就實現(xiàn)利潤480萬元，吸引了包括連云港市政府、新疆投資發(fā)展集團、新疆能源集團、山西陽煤豐喜肥業(yè)集團、山西亞鑫集團、杭州錦江集團印尼項目部等單位紛紛前來考察。來者都表示希望引進低階粉煤熱解技術，推動本地煤炭清潔高效轉化利用，有些已經(jīng)與我們簽訂了合作協(xié)議或合作框架協(xié)議。而包括寶武鋼鐵集團、南鋼集團、太鋼集團、漢鋼集團、山東魯西化工集團等企業(yè)則紛紛前來洽談優(yōu)質焦粉長期購銷事宜。所以我堅定地相信，有著顯著節(jié)能減排、減碳效果與經(jīng)濟性的大型工業(yè)化低階粉煤回轉熱解技術，將在實現(xiàn)雙碳目標過程中起到重要作用！
記者：謝謝您接受采訪！
來源：《中國石油和化工產(chǎn)業(yè)觀察》雜志
作者：陳繼軍、張建軍
