煤化工的冷与热 哪个领域在升温？
眼下，煤化工领域一冷一热。
此前被热捧的煤制烯烃、煤制油和煤制气项目悄然退烧。根据中国石化联合会2011年8月公布的数据，在建拟建产能分别高达2800万吨、4000万吨和1500亿立方米。但据记者了解，以目前开展前期工作和正在建设的项目推算，到“十三五”末，我国煤制烯烃、煤制油和煤制气有效产能很难突破1500万吨、2000万吨和680亿立方米，较预计产能锐减一半。
但与此形成显明对比的是，此前并不被看重的以煤热解为龙头的煤炭分质利用却悄然升温。据记者了解，目前国内建成、在建、拟建的煤热解产能超过1.8亿吨。其中，仅今年投产的中低温煤焦油加氢项目产能就有200万吨，对应的热解产能超过2000万吨。2016年还有160万吨中低温煤焦油加氢和1600余万吨煤热解产能释放。
人们不仅要问，煤炭分质利用缘何会柳暗花明?
制约瓶颈逐一解决
7月12日，由陕西煤业化工技术研究院有限责任公司与北京柯林斯达科技发展有限公司联合开发的气化-低阶煤热解一体化技术(CGPS)，在北京通过了由中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。由中国工程院院士谢克昌、倪维斗、金涌等9位专家组成的鉴定组认为：该技术通过热解与半焦气化技术的耦合，以半焦粉气化产生的高温煤气作为热载体，进行逆向串级直接接触热解，实现了高温煤气显热的高效合理利用与低阶煤的梯级热解。其万吨级工业化试验装置工艺流程主装置及自动化控制先进合理，便于操作和稳定运行。整套技术推进了低阶煤定向热解制高品质焦油与煤气技术研发进程，属国际首创、居领先地位。
这是时隔不足20天时间，我国诞生的又一先进煤热解技术。6月25日，由陕煤化集团神木天元化工有限公司与华陆工程科技有限公司联合开发的低阶粉煤回转热解制取无烟煤工艺技术，顺利通过了由陕西省科技厅组织的科技成果鉴定。以金涌院士为组长的鉴定组认定：该技术攻克了煤低温热解领域粉煤洁净化分质利用关键性技术和装备，整体技术达到国际先进水平。
上述两项技术成果只是我国煤分质利用技术突飞猛进的一个缩影。事实上，近几年，以煤热解为龙头的我国煤分质利用领域的新技术层出不穷：
2010年，神木天元化工公司将自主开发的中低温煤焦油轻质化技术与块煤中低温热解技术、煤焦油延迟焦化技术集成耦合，建成年产135万吨块煤热解-50万吨煤焦油加氢制取石脑油、柴油馏份工业化示范装置，成功突破了块煤热解、荒煤气制氢、中低温煤焦油固定床加氢技术大型化应用难题;
2011年，河南龙成集团成功开发低阶煤旋转床热解技术，并建成30万吨/年工业化装置;
2013年4月27日，陕煤化集团神木富油能源科技有限公司开发的中/低温煤焦油全馏分加氢多产中间馏分油成套工业化技术(FTH)，被以中国工程院院士谢克昌为组长的鉴定组认定为“系世界首创，居领先水平”，采用该技术建设的12万吨/年工业化装置，现已稳定运行2年多时间，成为全球首套煤焦油固定床全馏份加氢工业化示范装置;
2015年7月，采用上海新佑能源科技有限公司与河北新启元能源技术开发股份有限公司联合开发的劣质油全返混沸腾床加氢技术建设的河北新启元能源技术开发股份有限公司15万吨/年中低温煤焦油全馏份加氢装置一次投料成功并实现稳定运行;
2015年8月20日，采用延长(石油)集团与美国KBR公司合作开发的渣油悬浮床加氢催化裂化技术(VCC)建设的全球首套煤焦油悬浮床加氢裂解工业化装置——延长安源化工有限公司50万吨/年中低温煤焦油悬浮床加氢工业化装置实现中交……
“目前，仅陕煤化集团就开展了6个不同方向的煤热解技术研究。其中3项研究已经完成中试，另外3项研究取得了关键技术突破。”全国人大代表、陕煤化集团党委书记华炜自豪地对记者说。
他向记者介绍，煤分质利用理念最早由陕煤化集团提出。其整体思路是：含油率较高(5%以上)的低阶煤，经中低温(550～850℃)热解，抽取其中的焦油、煤气等轻质组分，同时获得热值较高的清洁材料半焦。煤气用于制氢或甲烷;煤焦油经提酚等处理后与氢气催化裂化反应生产石脑油和柴油馏分;脱除了挥发份的半焦，比原煤热值更高、更洁净，既可气化生产合成气，继而生产化工产品，又可作为优质民用燃料和电厂燃料，还可替代无烟煤，用于炼钢炉的高炉喷吹，从而实现了煤的分质分级高效清洁利用。
以热解为龙头的煤分质利用自上世纪30年代起就受到各国关注。目前，全球已经有近20个煤热解技术问世。中国于上世纪80年代末成功开发了立式炉块煤热解技术，一直沿用至今。目前全国煤热解产能已经超过8000万吨/年。但立式炉只能以块煤作原料、煤气有效成份和热值低、单炉产能小等弊端，使其进一步推广受到限制，也难以真正体现煤分质利用的高效与清洁。为此，近几年，粉煤或全煤热解技术成为众多企业和科研单位竞相开发的方向。这其中，高温煤气中的油尘分离、高浓度(含焦油、酚、苯、氨氮、COD)热解废水的处理与资源化利用，以及装置大型化成为制约粉煤或全煤热解的3大难题，也是煤分质利用必须迈过的3道槛。
现在，经过科技人员的不懈努力，上述3大难题已经全部有了较为合理的解决方案。其中，神木天元公司与华陆公司开发的低阶粉煤回转热解制取无烟煤工艺技术，在用热烟气干燥粉煤的同时，吹出粒径小于0.2毫米的煤尘，大幅减少了后序热解过程煤焦油中的煤尘量，并巧妙运用高速离心分离技术，将含有少量煤尘的焦油进行高效分离，最终破解了粉煤热解过程油尘难以分离的难题。
CGPS技术则将粒径小于25毫米的末煤经分级布料进入带式炉，形成多层移动颗粒床层，利用不同颗粒煤层组成的移动过滤层，通过惯性碰撞、扩散沉积、重力沉积、直接拦截、静电吸引等过滤原理，实现对热解煤气的高效自除尘(除尘率达96%以上，焦油中含尘量降至0.32克/标方以下)。
热解废水处理方面，神木天元公司通过将多项先进水处理技术集成耦合，探索出可行的热解废水解决方案。该方案经破乳、膜处理、生化处理后，所得中水全部返回系统再利用，从而实现了煤热解废水的零排放，现已经通过了中试装置验证。正在建设的120吨/小时工业化装置，已经完成单元调试，将于9月开始联动试运行。届时，长期困扰煤分质利用的热解废水处理难题也将告破。
至于热解装置大型化问题，河南龙成集团开发的低阶煤旋转床热解技术已经建成并运行了两套80万吨/年工业化装置;北京柯林斯达公司开发的带式炉内热式粉煤(或褐煤)热解技术单炉规模可达100万吨/年;陕煤化技术研究院有限公司开发的模块化工艺，一个模块年处理煤量可达300万吨～400万吨……
不仅如此，包括CGPS等数套工艺均采用油洗替代传统工艺的水洗，从而大幅减少了热解废水的产生，并使副产的半焦(或焦粉)变得更加清洁。加之这些工艺的热解煤气中一氧化碳+氢气+甲烷+烯烃等有效气成分均超过80%，具有热值高、有效气含量高、品质优等特点，既可制氢，又可生产液化天然气，还可生产高附加值化工产品，能够真正实现煤气的全部资源化利用。神木富油公司开发的FTH技术、上海新佑能源科技公司开发的沸腾床加氢技术，以及延长石油集团开发的VCC技术，均可实现对劣质煤焦油的全馏分加氢处理，大幅提高煤焦油加氢过程液体产品收率和企业经济效益。
“此前人们担心的煤热解所得半焦(或焦粉)的出路问题，而今也有了理想的解决方案。”华炜向记者透露。
他说，早在3年前，立志于煤炭分质分级利用的陕煤化集团就开始关注半焦(焦粉)的出路问题，并委托陕煤化技术研究院有限公司开展这方面的研究。经过几年努力和大量工业化应用试验表明，半焦(焦粉)制备水煤浆气化或直接气化，其效果与原煤并无多大区别;用于高炉喷吹替代无烟煤也是完全可行的;用作居民冬季取暖的燃料，由于在热解过程已经脱除了硫、氮、挥发分，不仅热值高，且洁净耐用。为解决传统块煤热解过程中携带含氨废水污染环境等问题，陕煤化集团联合相关科研单位，开发并工业化应用了油洗工艺和干法熄焦技术，现已经全部经过工业化应用验证，从而确保了所得半焦绿色清洁，各项质量指标满足甚至优于优质无烟块煤质量要求。另外，为使老百姓方便地使用洁净焦粉，陕煤化集团还建成30万吨/年型焦生产线，现已开始生产并对外销售型焦，其产品深受用户好评。
“我们开发的纯氧连续气化技术，不仅可以以无烟煤作原料，也可用焦炭、烟煤、型煤等碎煤作原料。”江西昌昱实业有限公司总工程师赵乐群的话证明了华炜的说法。
陕西府谷奥维乾元化工有限公司总经理任涛亦向记者证实：该公司30万吨/年合成氨、52万吨/年尿素装置配套的水煤浆气化炉所用原料一半以上就是其自产的焦粉，装置2年多的运行结果表明：焦粉替代原煤制浆造气没有问题。
“目前，河北省散烧煤量达6000万吨/年，京津冀地区散烧煤量更高达7200万吨/年，由于散烧煤过程会排放大量二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和烟尘，导致当地雾霾不断加剧且很难治理。但若全部换成天然气，因受到各种因素制约短期内难以实现。后期，一旦清洁半焦或型焦能够在京津冀地区推广应用，不仅能够极大地缓解京津冀地区的环境压力，也将彻底解决困扰煤分质利用发展的半焦(焦粉)的出路问题。”谢克昌说。
“可以说，一度制约煤分质利用的几大关键核心问题，现已全部得到解决，煤分质利用已经拥有较为坚实的技术支持。”华炜高兴地表示。
效益可观赢得认可
在突破技术瓶颈的同时，煤分质利用示范项目良好的经济效益、节能环保效果、能源转换效率，以及广泛的外延特性，同样令业界振奋。
目前，国内共有3家煤分质利用示范企业，分别是：陕煤化集团神木天元化工有限公司、内蒙古庆华集团煤化工公司、黑龙江宝泰隆煤化工股份公司。这3家企业均以煤热解为龙头，然后对热解产生的煤气、煤焦油、焦炭进行深加工利用。其工艺流程如下：煤→热解→煤气+煤焦油+焦炭;煤气→制氢(或生产甲醇等化工产品);煤焦油+氢气→柴油馏分+石脑油+石油液化气;焦炭→炼铁、电石、化工或民用。所不同的是，神木天元采用的是中低温煤热解工艺;宝泰隆选择了高温煤热解路径;庆华集团同时采用了煤中温和高温热解两种工艺。
神木天元公司是我国目前最大的煤分质利用示范企业，拥有年产135万吨煤中低温热解、2.2万吨精酚、50万吨中低温煤焦油加氢生产能力。自2010年4月投产以来，该公司累计实现销售收入154亿元，实现利润超过14亿元。据该公司董事长毛世强介绍，今年以来，在国内成品油、焦炭及其他化工产品价格持续大幅下跌、传统煤化工企业大面积亏损、现代煤化工企业微利甚至亏损经营的极其不利的情况下，神木天元公司依然逆势走红——1～7月累计实现销售收入11.87亿元，上缴税金8000余万元，实现净利润3700余万元。
记者了解到，内蒙古庆华集团、黑龙江宝泰隆公司两家煤分质利用示范企业同样取得了不俗业绩。其中，宝泰隆公司半年报显示，上半年该公司实现净利润8470万元，同比激增1.46倍。
煤分质利用项目显著的节能减排效果同样令业界称道。
北京焦化厂原总工程师陈卫国表示，煤的有用成分主要包括挥发分和固定炭。虽然国内外煤的利用途径很多，但无论是燃烧取暖发电，还是作为化工生产原料，均未对挥发分和固定炭进行分离，而是直接燃烧或气化，不能发挥两种成分各自优势，导致煤的利用效率与能量转化率低下，排放物多，环境污染重。但煤分质利用则不同。它先通过热解将固定炭和挥发分分离，再对其分别加工利用，从而最大限度地利用了能源与资源，整个过程的能源转换效率高达70%以上，真正实现了煤的清洁高效利用。
陕西省石化联合会副会长胡海峰、延长石油集团高级顾问张积耀等专家则向记者介绍，无论传统煤化工还是现代煤化工，合成气中都存在碳多氢少的问题。为了实现碳/氢平衡，煤化工企业不得不用超过1/4的煤生产氢气。每生产1吨氢气，又会产生22吨二氧化碳，导致煤化工二氧化碳排放量居高不下。而包括神木天元公司在内的煤分质利用项目，从煤气或荒煤气中提取氢气，没有为制氢单独消耗煤炭，二氧化碳排放量因此大幅减少，综合能耗显著下降。
陕西省化工学会名誉理事长贺永德则以神木天元公司135万吨/年煤中温热解联产50万吨/年中温煤焦油加氢项目运行多年的实际数据为例表示，与直接或间接煤制油项目相比，煤分质利用制油的综合能耗仅相当于前者的2/3，二氧化碳排放量相当于前者的1/2，项目投资额仅为前者的1/3～1/2，50万吨/年规模煤制油年减排二氧化碳可达43万吨。
据记者了解，已经形成年产800万吨洁净煤、500万吨煤热解、66万吨煤焦油加氢、20万吨焦炉煤气制甲醇、20万吨甲醇制芳烃、10万吨粗苯加氢、20万吨己内酰胺、200吨碳纤维、1亿块粉煤灰制砖生产能力的庆华集团，不仅取得了良好经济效益，还凭借其完整的循环经济产业链，年回收利用焦炉煤气10.8亿立方米，节约标煤50万吨，减少二氧化硫排放量1.5万吨。
“目前情况下，煤分质分级利用无疑是煤炭最合理的利用路径和煤炭清洁高效利用的方向。”中国工程院院士金涌在接受记者采访时这样表示。
他说，以煤热解为龙头的煤炭分质分级利用，先通过温和的物理方式，将煤中轻质易挥发也是附加值高的部分“拔”出来，剩余部分该怎么用还怎么用，等于用最低的能量消耗获得了高附加值产品，既符合高质高用、低质低用的客观规律，也极大地降低了单位产值能耗。更为可贵的是：通过热解获得的煤焦油、煤气、焦炭(半焦或焦粉)能够方便地与传统煤化工、现代煤化工、超超临界发电、IGCC、城市热电联供、建材，甚至石油化工对接耦合，实现多联产与不同工艺之间的优势互补，从而构筑起跨行业发展的大煤化工构架，使煤炭高效利用的途径更加丰富、前景更加广阔。
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