2023年煤炭分质利用产业发展调研报告.docx

煤炭分质利用产业开展调研报告 我国褐煤、长焰煤等低阶煤资源储量丰富，占全国煤炭储量及煤炭产量50%以上，但因其含水量高、发热量低、活性高、易燃易碎的特征，不适宜长距离运输，而粗放式利用又是典型的“两高一资（资源性）〞限制产业，所以低阶煤一直未形成规模化、高效化、科学化利用。如何开发低阶煤的清洁高效利用新途径，提上下阶煤提质和资源利用率，是当前我国能源开展的重要课题。作为全国重要的煤炭生产、转化产业基地的鄂尔多斯，同样面临这一问题。 为了解国内煤炭分质转化利用工艺技术及开展现状，学习借鉴示范工程成功经验，推动我市煤炭分质转化利用产业开展，近期我局派员对XX省XX市煤化工全业、XX省煤业化工集团有限责任公司（以下简称陕煤化集团）“国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室〞及西安科技大学进行了考察调研。 一、XX省煤炭分质转化利用产业开展情况 XX省煤炭分质转化利用产业起步较早，上世纪90年代末期就有一些小型示范工程开始生产运行。近年来，该省重点科研机构及专业院校对煤炭分质清洁转化利用领域关键技术的研发和工艺优化取得了重大突破，两项现代煤化工科研工程到达世界先进水平，其中“中低温煤焦油全馏分加氢制成品油成套工业化技术〞为世界首创。目前，以陕煤化集团为代表的一大批煤炭分质清洁转化利用工程在陕北低变质煤炭富集区实现了产业化运行。 （一）科研机构为煤炭分质利用产业提供技术支撑 2023年，国家能源局为构建国家能源科技体系，满足能源行业开展和技术进步，批准由陕煤化集团主导建设首个“国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室〞。该实验室聚集了大量国内优秀煤化工人才，立足煤炭分质清洁转化领域，以重大关键技术的研究、开发、推广与应用为核心，是集根底研究、应用研究、工程化开发、产业化应用效劳为一体的国际一流煤炭清洁利用技术重点实验室。实验室组建两年来，在煤炭分质清洁转化利用领域关键技术的研发和工艺优化方面取得了重大突破，“甲苯甲醇制对二甲苯联产低碳烯烃技术〞和“中低温煤焦油全馏分加氢制成品油成套工业化技术〞两项科研成果到达世界先进水平。其中，“中低温煤焦油全馏分加氢制成品油成套工业化技术〞已在XX省xx县建成12万吨/年工业化生产装置，经中国石化联合会考核评定，为世界首创。“甲苯甲醇制对二甲苯联产低碳烯烃技术〞目前虽没有工业化示范生产线，但作为煤化工领域的关键技术，开辟了px生产的新技术路线，实现了石油化工与煤化工的有机结合。 此外，由陕煤化集团主导建设的这个实验室还攻克了一系列煤热解领域的焦点、难点问题，构筑起以“粉煤固体热载体快速热解、输运床、滚筒床、带式炉〞等为根底的“煤热解技术体系〞和以“轻质化煤焦油加氢、高温煤焦油加氢〞为主要内容的“煤焦油加氢裂解技术体系〞。使传统煤干馏技术原料适应范围更广、资源利用更充分、产品附加值更高、生产过程更清洁环保。与此同时，陕煤化集团还针对煤干馏规模扩大引发的半焦（或焦粉）产量激增、市场供大于求等现状，积极开拓半焦（或焦粉）应用市场，完成了半焦（或焦粉）高炉喷吹、锅炉喷烧、制浆、造气等工业化应用试验，均取得了成功，为日益增长的半焦（或焦粉）探寻了广阔出路。尤其焦粉成浆、流变、管输与气化试验的成功，彻底消除了此前人们对于“焦粉能否顺利用于大型煤气化装置〞的担忧，扫除了煤分质利用技术路径的最后一道障碍，使得抽提了煤焦油及氢质组分的半焦（或焦粉）不仅可以用于电石、铁合金、民用等领域，还可像优质烟煤或无烟煤那样，应用于高炉喷吹、工业锅炉喷烧、大型煤化工装置以及超超临界发电等领域，有效缓解了半焦（或焦粉）产能过剩的矛盾。 由此，陕煤化集团的“国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室“已经成为XX省乃至全国煤炭资源富集区域煤炭分质利用产业开展的科研“孵化器〞及技术应用支撑平台。 （二）示范工程为煤炭分质利用产业发挥带动效应 XX省神木富油能源科技是承担陕煤化集团“煤低温快速热解、煤焦油全馏分加氢〞等煤炭分级分质综合利用的高新科技示范企业。总投资9.6亿元的“2×60万吨/年煤热解及12万吨/年中低温煤焦油综合利用工程〞工程已实现工业化生产，可转化原煤120万吨/年，生产柴油馏分9.21万吨、石脑油1.69万吨、尾料0.9万吨、半焦72万吨。该工程采用已获得多项创造专利的“煤固体热载体低温快速热解技术〞和“煤焦油全馏分加氢多产中间馏分油成套工业化技术（fth）〞。 XX省神木天元化工50万吨/年“煤焦油轻质化〞工程，转化原煤22023万吨/年，加工煤焦油50万吨，生产兰炭135万吨，轻质化煤焦油38万吨，石焦油8.5万吨，液化气2.9万吨，液氨0.25万吨，硫磺0.1万吨。工程采用“中低温煤焦油加氢技术〞，是国内目前单套最大的“中低温焦油加氢〞装置。 从煤分质利用的综合效益看，无论是神木富油能源科技公司2×60万吨/年煤热解及12万吨/年中低温煤焦油综合利用工程，还是神木天元化工公司135万吨/年半焦、50万吨/年中温煤焦油加氢工程，投产后均实现了较好盈利。其中，天元化工公司装置自202223年2023月投产以来，已累计实现利润超过15亿元，堪称煤炭分质利用板块最赚钱的企业之一。 从天元化工煤分质利用示范工程3年多的运行结果看，与直接或间接煤制油工程相比，其吨油品水耗大幅下降，综合能耗和二氧化碳排放量分别只有煤直接或间接液化的2/3和1/2，经济、环保与节能减排效益十分显著。 XX省以上两个煤炭分质利用示范工程均采用陕煤化集团“国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室〞自由知识产权专利技术，为我国煤代油战略开辟了一条经济、环保、节能、可行的新途径。同时，对于全国煤炭资源富集地区实施煤炭转化战略，应对目前煤炭市场严峻形势，延长煤炭产业链，提高煤炭附加值，推动产业结构调整和转型升级具有十分重要的意义。 （三）物尽其用是煤炭分质利用产业开展最终目标 煤炭分质转化是将低阶煤通过中、低温煤炭热解技术，将煤炭热解为气体（热解气）、液体（中、低温煤焦油）和固体（块状或粉状半焦、兰炭），再根据其各自不同的理化性质，结合周边原料供给和工程布局状况，进行分质转化利用，梯级延伸加工，生产大宗化工原料和各类精细化学品。这与我们通常讲的煤制甲醇、烯烃、天然气和煤制油等现代煤化工产业在转化方式上有着明显的区别： 1.物尽其用。煤炭分质转化是在较低的温度下实现煤炭资源的分质与利用，并对原煤各个分级产物（包括煤矸石、煤泥）进行梯级利用，吃干榨尽，实现物尽其用。因此，这种转化方式和转化路线具有较好的节能减排优势。 2.清洁高效。煤炭分质转化工艺路线的龙头是煤炭中低温热解，核心是分质利用，途径是延伸开展煤基多联产，载体是由工程群与技术群集合而成的规模化大工程。对热解产物吃干榨尽、分质利用，资源利用率高，热能效率高，是一种清洁高效利用煤炭的转化方式。 我们通过调研发现，目前煤炭分质转化的梯级利用技术路线为： 第一步，先将煤炭经固体热载体催化热解技术处理，产出煤焦油、兰炭（块焦、粉焦）和焦炉煤气等初级产品，完成对原料煤炭的分质； 第二步，从焦炉煤气中提取氢气用于精馏出酚等高附加值产品后的煤焦油加氢，产出石脑油、柴油、液化气、等石油产品； 第三步，将提氢后的焦炉煤气中的甲烷成分别离出来，用于生产压缩天然气或液化天然气，焦炉煤气中剩余的一氧化碳用于生产甲醇、合成氨，或作为工业燃料。对兰炭根据产品质量和粒度大小进行分质利用，块状兰炭用于生产电石、铁合金，粉状兰炭进行煤气化后生产甲醇、天然气、乙二醇、合成氨、合成油、石蜡等化工品，或作为高炉喷吹料、工业燃料，碳一根底化学品甲醇与石脑油用于耦合生产碳二根底化学品乙烯。 第四步，结合多联产，利用碳一、碳二根底产品，以及尿素等大宗化学品按照多品种、差异化原那么，进一步延伸开展种类数量繁多的煤化工下游深加工产品，使煤炭资源在更加广泛的化工领域替代原油。在高瓦斯煤矿周边区域那么采用适度补充利用煤层气，进行“煤气互补，碳氢平衡〞的煤炭综合利用多联产路线。 神木富油能源科技和天元化工的两个煤分质利用示范工程均采用了上述梯级利用技术路线，实现了“物尽其用〞、“清洁高效〞，对生产过程中产生的气化炉渣、电石渣、粉煤灰等废弃物进行了“无害化、资源化、减量化〞处理利用，高铝粉煤灰用于生产氧化铝，其它的粉煤灰用于生产免烧砖、水泥等建筑材料，真正实现了煤炭资源的高效综合利用，到达了“节能减排〞的效果，构建了循环经济产业链条。 （四）高效清洁是煤炭分质利用产业开展根本方向 调研中，我们还有幸参观了西安科技大学化学与化工学院的“煤分质利用实验室〞，并与该校周安宁院长、张亚婷副院长等专家就煤炭分质利用产业的开展进行了深入交流。我们了解到，煤的利用方式概括起来有三种：即燃烧、干馏和气化。由于燃烧仅利用了煤的热能，且将一些珍贵的轻质组分化为灰烬，还伴有大量废气排放，资源利用效率低下，算不上对煤的高效清洁利用。而煤气化需要将高热量的碳连同煤中的轻质易挥发组分全部转化为气体，虽然得益于新型煤气化技术的应用，可以根本实现煤的清洁利用，但由于要破坏掉煤的大分子结构，并将珍贵的煤焦油等物质全部高温转化为气体，资源利用效率同样不尽人意。至于传统的煤干馏工艺，那么存在原料来源受限（只适用块煤）、能耗高、排放多、污染重、产品单一且附加值低等弊端，已经成为“两高一资〞的代表，正遭遇政策打压和淘汰。 周安宁院长介绍，煤分质利用是根据构成煤的要素特点，利用不同的工艺组合，最大限度地对煤炭各组分进行深度开发和利用，做到高效清洁。 西安科技大学主导的煤分质利用产业必须包括煤的分级开采和分质利用两大局部： 1.在煤的开采过程中，对原煤进行洗选加工，将其分为精洗块煤、末煤、中煤、煤泥和矸石。精洗块煤和末煤用于炼焦或化工生产，中煤、煤泥和矸石用来燃烧发电。同时，对矿井疏水及废水收集沉降、过滤净化后回用，实现煤炭清洁开采。 2.在煤的转化利用阶段，要改变煤气化、燃烧、干馏等单一模式，将传统煤的干馏工艺经技术升级改造后，与现代化先进气化技术或超超临界发电技术耦合，通过煤干馏，将其别离为固、液、气三大组分（即热值较高的半焦、富含co+h2的焦炉煤气、煤焦油）。此后再对焦炉煤气进行深度处理，生产甲醇、乙二醇、醋酸、合成氨等化工产品，或液化天然气、氢气等清洁能源；煤焦油在提取别离了其中的苯、甲苯、二甲苯、酚、萘、蒽等精细化工产品后，对其加氢裂解生产市场俏销的清洁液体燃料；去掉了氮、硫、磷及挥发分的清洁半焦或焦粉，既可民用，又可用于工业锅炉或发电，还可通过先进的气化技术生产更多碳一化学品，或者经特殊加工后变为活性炭、炭黑等高附加值产品。甚至连煤焦油中原本最不值钱且难以处理的焦油沥青，也可加工成国内十分短缺的高强度碳纤维，最终实现煤中不同组分的资源化高效清洁利用。 周安宁院长告诉我们，目前国内包括煤热解、煤气化、煤焦油加氢、超超临界发电等众多技术均获得突破，并得到工业化装置运行验证，从而为煤分质利用产业提供了强大的技术支撑和较好的实施条件。其中，低阶煤分质梯级利用成熟技术有： 1.北京神雾环境能源科技集团无热载体蓄热式旋转床煤热解新工艺； 2.陕西煤业化工集团低阶煤分质高效转化多联产技术； 3.神木富油能源科技中/低温煤焦油全馏分加氢多产中间馏分油成套工业化（fth）技术； 4.山东天力枯燥股份褐煤过热蒸汽枯燥及绝热洗涤水回收技术； 5.北京神雾环境能源科技集团蓄热式低热值煤火力发电新技术； 6.北京低碳清洁能源研究所（nice）煤分级炼制技术； 7.华福工程煤焦油溶剂萃取和加氢改质组合工艺技术； 8.浙江大学热能工程研究所低阶煤热解燃烧分级转化热电