实现煤炭分质利用价值最大化

——记国家煤炭分质清洁转化重点实验室神木天元示范基地

  “坚持技术引领和绿色环保,打造清洁、高效、完整的技术产业链,是推进煤炭分级分质利用、实现资源价值最大化的出路。目前技术方案雏形已初具规模,660万吨/年粉煤分质综合利用大型工业化项目预计年内开工。”7月17日,记者在国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室——神木天元试验示范基地采访时,陕煤集团神木天元化工有限公司总经理李秀辉这样表示。

  煤炭占我国化石能源储量的96%,以煤为主的能源格局在相当长时间内难以改变。煤炭清洁高效转化分质利用作为国家能源战略的重点领域和主攻方向,低阶煤中低温热解技术是实现煤炭分质利用、清洁高效转化的重要方式,其中粉煤热解成为业内研发攻关的重点和难点。但由于一些技术难题尚未完全突破,实现长周期稳定运行的工业化装置仍是凤毛麟角。

  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。” 李秀辉说,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。

  依托国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室,神木天元始终把技术研发、科技创新作为高质量发展的驱动力,围绕煤焦油上下游产业链不断延伸,多项技术引领行业创新发展。截至目前,该公司累计形成各类创新性、改造性成果100余项,申报国家专利100余项,其中76项获授权。同时,神木天元正在布局酚基新材料和轻质化煤焦油制取芳烃新项目,前期试验和成果已完成,具备工业化转化条件,力争3500吨/年酚基新材料项目年内开工。

  李秀辉表示,神木天元未来将以煤炭分质综合利用技术研发为基础,以清洁能源、新材料和精细化学品开发利用为主导,实现煤炭分质利用全产业链集群化、精细化、高端化发展。

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