萬噸兗礦褐煤熱解提油提氣技術(shù)方案建議書

1、100wt/a低階煤分段熱解提烴生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)油氣及縛硫潔凈炭技術(shù)與工藝方案建議書1 低階煤中低溫分段熱解提取油氣資源的背景和意義我國能源資源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是缺油少氣富煤。截止2012年我國查明石油剩余技術(shù)可采儲量僅為33.3億t，天然氣4.4萬億m3；而煤炭資源探明儲量為1.42萬億t，其中有75%以上是中低階煤。開發(fā)新工藝技術(shù)推動我國低階煤清潔高效梯級利用已迫在眉睫。先提取煤中業(yè)已存在的油氣資源，并生產(chǎn)高附加值固體潔凈炭，從而形成熱解提烴(油氣)-潔凈炭氣化-合成、熱解-油氣提質(zhì)-潔凈炭燃燒發(fā)電等多途徑低階煤清潔高效梯級利用技術(shù)路線，是解決我國低階煤利用的必由之路。若采用低階煤中低溫分段熱解提烴技術(shù)，

2、在我國目前直接燃燒發(fā)電的低階煤中，每年僅以10億t低階煤先提取油氣資源然后再發(fā)電計(jì)算，就可提取油1億t左右(相當(dāng)于原油1.5億t)、烷烴氣產(chǎn)品超過1000億m3、其余利用余熱生產(chǎn)合成氣合成甲烷的量接近甚至超過提取烷烴氣的量。采用科學(xué)的分段熱解中低階煤技術(shù)制取油氣，對于彌補(bǔ)我國缺油少氣現(xiàn)狀、突破油氣對外依存度、保障我國能源安全、經(jīng)濟(jì)安全、國防安全和國家可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。一般情況下，低階煤(多指褐煤、長焰煤等低煤化度煤)與揮發(fā)分大于18%的中階煤的揮發(fā)物主要是以烴類物質(zhì)構(gòu)成的。在揮發(fā)分大于25%的中、低階煤揮發(fā)物中，烴類成分一般占無水基揮發(fā)分質(zhì)量的80%以上。尤其在長焰煤、氣煤及更低煤化度的

3、低煤階煤中，烴類成分大多占無水基煤總質(zhì)量比的30%左右，高者甚至可達(dá)35%以上。若工藝得當(dāng)，即使煤中含有15%左右的烴化合物，都有先提取利用的價(jià)值，因此煤中只要含有15%及以上的烴化合物，都應(yīng)該被視為富烴煤。以適當(dāng)工藝條件將煤中烴類物質(zhì)以接近原始成分熱解出來(即控制二次裂解)，經(jīng)分離凈化后，其中40%(質(zhì)量比)左右是C14氣態(tài)烴。氣態(tài)烴經(jīng)進(jìn)一步分離可提取高附加值人工天然氣SNG，深冷分離生產(chǎn)液態(tài)甲烷LNG及民用液化氣LPG(主含液化丙烷)；還有50%左右是制取優(yōu)質(zhì)車用油的輕質(zhì)焦油及其它輕烴油類。2015年我國煤炭消費(fèi)總量39.65億t，其中直接燃燒近三十億噸多為富烴煤。用富含烴類成分的富烴煤直

4、接燃燒發(fā)電或民用，不僅效率低、污染物與碳排放量大、極大地浪費(fèi)了寶貴的資源，且大大推高了環(huán)保成本和生產(chǎn)成本。如果將其在燃燒前高效提取烴類產(chǎn)品，每年可低成本制取優(yōu)質(zhì)動力油近2億t(約相當(dāng)3億t原油)、人工天然氣SNG或液化天然氣LNG 2000億m3左右(加合成氣合成甲烷則倍增)。而我國2015年的原油產(chǎn)量為2.1億t，進(jìn)口量3.3億t，原油對外依存度突破60%，已連續(xù)7年超過50%這一國際公認(rèn)的安全警戒線；由于天然氣燃燒充分、排放低，發(fā)達(dá)國家都在推進(jìn)氣代油工程，而我國2015年天然氣消費(fèi)量僅為1930億m3(其中不僅進(jìn)口比重大，且進(jìn)口年增幅在15%以上)，所以發(fā)展SNG勢在必行。目前國內(nèi)僅有少數(shù)

5、幾家企業(yè)用低階煤做煤制油或氣。但這些企業(yè)多沿襲南非沙索集團(tuán)間接轉(zhuǎn)化工藝，先將煤與其中油氣類烴化合物一并裂解或反應(yīng)為CO和H2，然后再將CO和H2合成烴。用此工藝加工低煤階煤，其中大量的烴被裂解后再合成烴，不僅其合成物含量遠(yuǎn)不及原料中業(yè)已存在的烴含量高，且污染物尤其是CO2排放量特別高；在裂解與合成過程中消耗大量的熱能、電能、水資源、環(huán)保資源。目前南非沙索集團(tuán)已將每噸油的水耗從12t 降低到6t8t1。但我國約90%低階煤分布于干旱地區(qū)，此水耗量仍是極其奢侈的指標(biāo)，必將制約規(guī)模化煤制油企業(yè)使用其工藝的可能性。我國低階煤儲量豐富、產(chǎn)能高，先進(jìn)行中低溫分段熱解提烴具有極好的原料資源優(yōu)勢。以神府煤田大

6、柳塔長焰煤為例，其產(chǎn)能2000萬t/a，且灰、硫特別低，是中低溫分段熱解的優(yōu)質(zhì)原料。采用暢翔型熱解提烴工藝，加工大柳塔長焰煤的結(jié)果非常理想，其產(chǎn)品產(chǎn)率見表1。表1 每噸(干)大柳塔長焰煤熱解提烴主要產(chǎn)品產(chǎn)率潔凈炭 (kg)輕質(zhì)焦油(kg)中質(zhì)焦油(kg)輕烴油 (kg)富烴煤氣(m3)60064090110102025200從表1不難看出，低階煤分段熱解為固-液-氣三態(tài)潔凈燃料及化工產(chǎn)品是對低階煤綜合利用水平的極大提升。2 低階煤中低溫干餾工藝現(xiàn)狀 目前國內(nèi)外流行的煤加工工藝提烴效果不盡人意。這里簡析幾種主要工藝：2.1 以熱廢氣作熱源的內(nèi)熱式干餾爐，是我國目前采用最多的低階煤中低溫?zé)峤庋b置(

7、表2中廢氣熱載體的4例)。由于該爐型設(shè)計(jì)伊始以生產(chǎn)蘭炭為主要目的，故從提烴角度講，其裝置存在以下重大技術(shù)問題，主要包括：2.1.1 為獲得更多附加值高的大于20mm塊狀半焦(原蘭炭廠主導(dǎo)產(chǎn)品)，常規(guī)熱解裝置多采用30mm80mm的塊煤為原料，不僅占原煤質(zhì)量70%左右的末煤無法利用，且對入爐煤20mm塊焦率不到35%，即對原煤的塊焦率多不到12%，這必然推高產(chǎn)品的原料成本及加工成本。 表2 國內(nèi)幾種低階煤干餾爐技術(shù)指標(biāo)2 爐 型 項(xiàng) 目三江SJ-型鞍山熱能院ZNZL308恒元型大連理工大 熱解爐陜西冶金院SH200S化二院MHM型工 藝 技 術(shù) 參 數(shù)干餾終溫 60070090070090060

8、0900600700900單爐規(guī)模wt/a5105120108加熱方式內(nèi)熱內(nèi)熱內(nèi)熱內(nèi)熱內(nèi)熱內(nèi)外熱熱載體廢氣廢氣廢氣蘭炭粉廢氣廢氣/燃燒室壓 力常壓常壓常壓常壓常壓常壓熄焦方式濕法濕法冷煤氣冷煤氣濕冷煤氣消 耗 定 額耗煤 t/t1.611.651.651.651.651.88耗電 kwh/t2565.825122230耗水 t/t0.32.50.50.451.571.78原料粒度 mm30803080110630803080投 資 萬元118731777812000135001027830685焦油收率 %6681065煤氣熱值及組成熱值 MJ/m37.17.112.517.67.112.8H

9、2 %282835242830CH4 %7.27.27.226.787.220N2 %3838384.07388CO %9.79.79.725.769.710 熱廢氣內(nèi)熱式低溫干餾爐，由于煙氣中相當(dāng)量的過剩氧，加之850以上高溫，使大量烴類物質(zhì)被直接燃燒或破壞，無水焦油收率6%左右，輕焦油收率僅2%，且無輕烴油，瀝青化相當(dāng)嚴(yán)重，高附加值的輕焦油尤其是輕烴油含量很低；煤氣熱值僅為7.1MJ/m3，CH4體積分?jǐn)?shù)僅47%，惰性組分(N2與CO2)高達(dá)5060%，故提取其中氣態(tài)烴肯定是得不償失。內(nèi)熱式熱解裝置煤氣組成見表3。 表3 內(nèi)熱式熱解裝置煤氣組成(體積分?jǐn)?shù))CH4CmHnH2COCO2O2N

10、2470.50.91525131811140.51.53849內(nèi)熱式熱解裝置混合焦油組成見表4。由于煤料被廢氣直接加熱，焦油中的鏈-環(huán)烴多被裂解，致產(chǎn)率低且瀝青化特別嚴(yán)重，利用價(jià)值極低。 表4 內(nèi)熱式熱解裝置混合焦油的組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))180180370370鏈烷烴環(huán)烷烴2.0%41.8%54.7%5.9%5.0% 從組成看，煤氣輕烴含量極低，回收成本遠(yuǎn)高過其價(jià)值。 由于工藝方面的缺陷，我國低階煤熱解產(chǎn)業(yè)正面臨成本高、產(chǎn)品附加值低，企業(yè)虧損致開工率不到30%的問題，亟待解決已存在的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。2.2 費(fèi)托法間接轉(zhuǎn)化工藝，是目前國內(nèi)外煤制油的主要方法。德國在二戰(zhàn)時期曾用這種方法解決了戰(zhàn)

11、時用油，但此工藝至今沒有質(zhì)的突破。盡管用該工藝煤制油的成本遠(yuǎn)高于進(jìn)口油的價(jià)格，但南非近五十年來仍一直堅(jiān)持作為彌補(bǔ)國家缺油少氣的戰(zhàn)略工程，采用其工藝做煤制油規(guī)模已到達(dá)750萬噸/年。近十年來我國國內(nèi)開始發(fā)展的煤制油工程，仍然以費(fèi)托法為主要工藝。 使用富烴煤熱解時，大量烴類組分與煤一并裂解或反應(yīng)為CO和H2，然后再去合成烴，結(jié)果合成的量比低煤階煤中業(yè)已賦存的還少的多，且沒有占原料煤質(zhì)量比50%以上的潔凈炭類固體產(chǎn)品；其工藝在裂解與合成過程中，CO2排放量比煤炭直接燃燒還要高的多，合成的油烴或氣烴成為高排放、高熱耗、高電耗、高水耗、高成本的五高產(chǎn)品。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，其熱耗、電耗、水耗特別高的實(shí)質(zhì)是增加污染

12、的間接指標(biāo)。2.3 氣固兩相流快速熱解工藝，是二十多年來國外注重開發(fā)的低階煤提烴主流工藝技術(shù)，國內(nèi)也有同仁跟進(jìn)(如表4中大連理工大熱解爐)。國外業(yè)內(nèi)有識之士早已認(rèn)識到，低階煤應(yīng)該先提烴，用殘留炭氣化生產(chǎn)合成氣再合成氣或油，才是最佳利用途徑。但用此類工藝實(shí)現(xiàn)其目的，存在的共性問題是油氣收率偏低、熱解油中瀝青質(zhì)含量高、焦油與系統(tǒng)粉塵分離困難等。突破熱解的關(guān)鍵技術(shù)是產(chǎn)品分離、熱解油的輕質(zhì)化和規(guī)模的放大3。 山西暢翔科技有限公司分析認(rèn)為產(chǎn)生這些共性問題的原因?yàn)椋前驯緛硎鞘侄蔚目焖贌峤舛槟繕?biāo)之一所致：粉狀物料在熱氣流高速運(yùn)動中被快速加熱，導(dǎo)致油塵在冷凝后難以分離；且工藝設(shè)定在600左右熱解，致一部分

13、400左右熱解的低沸點(diǎn)烴經(jīng)過600時發(fā)生二次裂解，而高于運(yùn)行溫度才能析出的揮發(fā)分中高沸點(diǎn)烴得不到熱解，故導(dǎo)致油氣收率低，同時也導(dǎo)致油中瀝青含量高使其重質(zhì)化。2.4 外熱立式直接轉(zhuǎn)化爐，主要是為供城市煤氣而設(shè)計(jì)的。早期有考伯斯外熱立式干餾爐，大連煤氣公司曾引建考伯斯?fàn)t用于生產(chǎn)城市煤氣。大同礦務(wù)局煤氣廠的伍德爐，以及之后鞍山焦耐院為大同市煤氣廠設(shè)計(jì)的爐型均屬于外熱立式直接轉(zhuǎn)化爐。從提烴 表5 國內(nèi)主要外熱-立式直接轉(zhuǎn)化爐 爐 型焦耐院 JLK焦耐院JLH-D暢翔分段熱解爐炭化室全長 mm 3268 2600×2 有效長 5440×2炭化室高 mm 9000 8500 有效高 1

14、5540 炭化室上寬 mm 300 300 300 炭化室下寬 mm 400 450 460 炭化室容積 m3 10 7.9×2 32.1×2 每室處理煤量 t/d 12 10 26 煤氣產(chǎn)率 m3/t 420450 420450 450500水煤氣產(chǎn)率 m3/t 300400煤氣熱值 Mj/m3 16.7 16.7 21.0 焦油產(chǎn)率 % 4.55 4.55 1013 >15mm潔凈炭產(chǎn)率塊焦對原料煤 %塊半焦 12 塊半焦 12 62(氣化前) 潔凈炭中揮發(fā)分 %半焦 612半焦 612潔凈炭 1.0綜合熱耗 kj/kg煤2430 2430 2000 角度講收率比

15、前兩種高，煤氣中惰性成分低，熱值較高。但由于其結(jié)構(gòu)上的缺陷以及熱解溫度偏高，荒煤氣在從熱解室導(dǎo)出之前受到強(qiáng)烈的二次高溫裂解作用，致使50%以上烴化合物遭到破壞，故焦油收率大幅降低、瀝青化嚴(yán)重、質(zhì)量變差，同時惡化了煤氣組分，其烴含量降低而氫含量增加，難以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)烴類化合物提取的最大化。2.5 目前國內(nèi)外業(yè)內(nèi)有識之士多已認(rèn)識到，對低階煤的最佳利用途徑是先進(jìn)行中低溫?zé)峤怵s分，提取其揮發(fā)分中寶貴的烴類成分后，再用殘留碳發(fā)電，或經(jīng)氣化生產(chǎn)合成氣，進(jìn)而間接轉(zhuǎn)化合成氣或合成油。并且在低階煤熱解方面做了大量的工作。國內(nèi)外大都進(jìn)行了中試或工業(yè)示范，但其工藝思路和裝備多是各種不同載熱介質(zhì)加熱的流態(tài)熱解爐，至今尚無

16、大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。究其共性問題是油氣收率偏低、熱解油中瀝青質(zhì)含量高、焦油與系統(tǒng)粉塵分離困難等。因此國內(nèi)外業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為：突破熱解的關(guān)鍵技術(shù)是產(chǎn)品分離、熱解油的輕質(zhì)化和規(guī)模的放大。突破熱解的關(guān)鍵技術(shù)是產(chǎn)品分離、熱解油的輕質(zhì)化和規(guī)模的放大3。 實(shí)現(xiàn)富烴煤熱解提烴最大化的關(guān)鍵，是工藝和爐型。山西暢翔科技有限公司針對各種工藝存在的問題，自1996年開始研發(fā)外熱室式低階煤中低溫分段熱解裝置，經(jīng)多次改進(jìn)定型為現(xiàn)在的暢翔型外熱式低階煤分段熱解連續(xù)提烴裝置(簡稱暢翔低階煤分段熱解提烴裝置)，并經(jīng)過140t/天工業(yè)規(guī)模正常生產(chǎn)運(yùn)行考驗(yàn)。之后又用了5年多時間開發(fā)出冷熱雙效黏結(jié)劑，成功實(shí)現(xiàn)廉價(jià)末煤型塊化。暢翔低階煤

17、分段熱解提烴裝置采用型塊物料下行速度0.5mm/s的相對靜態(tài)加熱，避免了焦油受粉塵污染；設(shè)計(jì)易控梯級溫度加熱區(qū)，使餾出物分段導(dǎo)出，控制二次裂解；同時增加了潔凈炭的活化工藝過程。3 暢翔低階煤分段熱解提烴裝置簡介鑒于我國低階煤干餾裝置所產(chǎn)生的諸多弊端，暢翔科技公司自1996年起，就開始研試外熱室式低階煤中、低溫分段熱解裝置，至2008年先后歷經(jīng)12年從研究、小試、中試到完成規(guī)模工業(yè)試驗(yàn)。本公司以全部人力、財(cái)力投入研究工作，并在鞍山焦化耐火材料設(shè)計(jì)研究總院原院長鐘英飛老師等多位行業(yè)內(nèi)資深專家的關(guān)注和幫助下，經(jīng)多次改進(jìn)，始定型為現(xiàn)在的暢翔型外熱室式分段熱解提烴裝置，經(jīng)過工業(yè)規(guī)模（140t/d）正常生

18、產(chǎn)運(yùn)行考驗(yàn)。該新型分段熱解提烴裝置工業(yè)運(yùn)行的成功證明，既能用弱粘結(jié)煤經(jīng)冷態(tài)及熱態(tài)加壓技術(shù)生產(chǎn)出強(qiáng)度及熱態(tài)性能良好的冶金焦和鑄造焦，也能以中低階煤為原料進(jìn)行分段餾分生產(chǎn)輕質(zhì)焦油、富烴煤氣與縛硫潔凈炭。從而成功解決了國內(nèi)外低階煤熱解領(lǐng)域長期存在的技術(shù)難題，為中低階煤中低溫?zé)峤忾_創(chuàng)了新途徑。間接加熱分段熱解中低階煤連續(xù)提烴工藝及裝置(國際專利申請?zhí)枺篜CT/CN2015/081693.國內(nèi):201410821198X )，以先直接轉(zhuǎn)化為主導(dǎo)工藝條件，克服了常規(guī)間接轉(zhuǎn)化煤制油氣工藝的五高弊端，其加工成本比間接轉(zhuǎn)化工藝降低60%以上，噸產(chǎn)品水耗小于1t，CO2排放減少80%以上，全密閉生產(chǎn)過程使環(huán)保水平

19、大幅提高。主要技術(shù)特點(diǎn)如下：3.1 該裝置由系列燃燒室熱解室燃燒室相間排列組成，提烴后的凈煤氣在燃燒室燃燒的熱量，經(jīng)爐墻傳導(dǎo)自下而上分高、中、低三段間接加熱熱解室中煤料，即以外加熱方式進(jìn)行煤的分段熱解提烴，餾分物分段導(dǎo)出。暢翔低階煤分段熱解提烴裝置示意圖見圖1。1. 料倉； 2.密封裝煤裝置；3. 預(yù)存段； 4.干燥預(yù)熱段；5. 低溫?zé)峤舛危?6.低溫加熱段；7. 中溫?zé)峤舛危?8.中溫加熱段；9. 高溫?zé)峤舛危?10.高溫加熱段；11. 磚煤氣道； 12.燜焦段；13. 廢氣道； 14.空氣道；15. 單孔聯(lián)程高溫干熄段; 16.空氣進(jìn)口;17. 單孔聯(lián)程中低溫干熄炭換熱器；18. 水霧化器

20、； 19.撥焦裝置；20. 密封排焦裝置； 21.低溫煤氣導(dǎo)出口;22. 中溫煤氣導(dǎo)出口; 23.高溫煤氣導(dǎo)出口；24.煤氣支管； 25.回爐煤氣管道；26.廢氣導(dǎo)出口； 27.廢氣總管.圖1 暢翔低階煤分段熱解 提烴裝置示意圖 3.2 熱解室上-中-下各段均設(shè)獨(dú)立煤氣導(dǎo)出口，盡可能地保全低沸點(diǎn)烴不受較高一級溫度再次加熱而被二次裂解，依次獲得富烴煤氣、中烴煤氣和貧烴煤氣；且使焦油具有較高收率，大幅降低輕質(zhì)焦油瀝青化。 分段熱解的效率與分段多少有關(guān)，分段越多，烴的保全率越高，但投資亦越高。設(shè)三段引出，烴的二次熱解率可控制在20%以下，有效控制輕質(zhì)焦油的重質(zhì)化。上段導(dǎo)出口導(dǎo)出的煤氣組成見表6。 表

21、6 上段導(dǎo)出口導(dǎo)出的富烴煤氣組成(體積分?jǐn)?shù))CH4H2CmHnCO2CON2O2熱值MJ/m3506515251015384726少量25.332.1高溫段導(dǎo)出的貧烴煤氣，因聯(lián)程干熄裝置具有發(fā)生水煤氣功能，因此CO含量達(dá)35%左右，H2約50%以上，適合提氫或用作合成氣。分段熱解導(dǎo)出，帶來另一大作用是：可將幾種不同成分煤氣分別凈化處理，使下游工序更合理且經(jīng)濟(jì)化。如富烴煤氣無須富集即完全達(dá)到提氣態(tài)烴的經(jīng)濟(jì)含量；采用爐內(nèi)脫硫的貧烴煤氣降溫過程中可直接合成烴；使企業(yè)進(jìn)一步降本增效。3.3 以廉價(jià)冷熱雙效粘結(jié)劑加工的型煤入爐，其意義不僅僅解決了焦油與粉塵分離，保證了焦油質(zhì)量，而且每噸原料節(jié)省成本100

22、元以上；同時附加值高的塊狀焦增加4倍左右，而目前塊焦比焦末價(jià)格仍高出200元左右，可使企業(yè)盈利空間大增。3.4 全密封冷裝冷出。型煤經(jīng)密封裝煤機(jī)加入熱解室，潔凈炭降溫到100以下亦經(jīng)密封排出，從源頭控制了荒煤氣逸入大氣。暢翔低階煤分段熱解提烴工藝流程示意圖見圖2。3.5 經(jīng)分段熱解后產(chǎn)生的潔凈炭顯熱通過單孔聯(lián)程干熄炭裝置回收余熱。該裝置有7大特點(diǎn)： 每噸清潔炭經(jīng)干熄可生產(chǎn)水煤氣400m3左右； 全過程無人操作、連續(xù)自動運(yùn)行； 沒有傳統(tǒng)干熄焦風(fēng)機(jī)-除塵-吊裝等高能耗設(shè)備； 無常規(guī)干熄焦的強(qiáng)大氣流沖擊產(chǎn)生粉塵而磨損設(shè)備； 杜絕了常規(guī)干熄焦的有害氣體排放； 使余熱得到更充分回收利用； 比常規(guī)干熄焦降

23、低電耗85%以上。 3.6 為生產(chǎn)更多合成氣和改善C/H，暢翔低階煤分段熱解提烴裝置在單孔聯(lián)程干熄裝置底部設(shè)水霧化器或蒸汽噴射器，設(shè)水霧化器用水作介質(zhì)時，經(jīng)過與赤熱炭換熱升溫到800以上發(fā)生水煤氣反應(yīng)，但其發(fā)生量比蒸汽介質(zhì)少50%以上，故在需要增加水煤氣產(chǎn)量時，以采用水蒸汽作介質(zhì)為佳。經(jīng)換熱升溫的蒸汽與赤熱炭發(fā)生如下水煤氣反應(yīng)： C + H2O = H2 + CO + 131.5 kJ/mol (大于1000的主反應(yīng)) C + 2H2O = 2H2 + CO2 + 90.4 kJ/mol (小于1000的主反應(yīng))反應(yīng)段所生成煤氣的成分見表7。 表7 反應(yīng)段所生成煤氣的成分范圍(體積%)H2CO

24、CO2CH4O2熱值 MJ/m34555304081521.410.211.111.53.7 由于中溫煤氣溫度550650，高溫煤氣溫度850左右，故設(shè)中高溫煤氣余熱回收裝置，產(chǎn)生的蒸汽供氣化或發(fā)電用。3.8 該裝置實(shí)現(xiàn)了熱解室容積大型化。熱解室容積約是常規(guī)立式爐的3倍以上，加之其它措施，全裝置可降低綜合熱耗16%以上。3.9 噸產(chǎn)品耗水1t，不到間接轉(zhuǎn)化工藝的1/6，使缺水地區(qū)建廠成為可能。 3.10 在型煤中加入縛硫劑生產(chǎn)無硫排潔凈炭，既大大降低了煤氣中的硫化氫含量，又使民用潔凈炭在燃燒后大幅度降低SO2排放，可完全控制SO2排放達(dá)到嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。若國家采取用無硫排潔凈炭取代民用煤的措施

25、，必定會大大降低大氣污染的壓力。綜上可見，完全可看出暢翔型分段熱解提烴裝置，具有一系列優(yōu)越性能的適用于進(jìn)行中低階煤熱解直接轉(zhuǎn)化，盡可能保證初始熱解優(yōu)質(zhì)化合物不被二次裂解降值，是生產(chǎn)輕質(zhì)焦油、輕烴油、富烴煤氣及無煙無硫排放潔凈炭的理想裝置。費(fèi)托法間接轉(zhuǎn)化工藝與分段熱解提烴工藝主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比如表8。表8 每處理100萬噸長焰煤費(fèi)托法間接轉(zhuǎn)化工藝 與分段提烴工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比表 2016.12.制表 序號項(xiàng)目名稱費(fèi)托法裂解合成間接制氣工藝費(fèi)托法裂解.合成間接制油工藝暢翔分段熱解直接提烴工藝一工藝路線間接轉(zhuǎn)化工藝間接轉(zhuǎn)化工藝直接轉(zhuǎn)化提烴后用余熱間接轉(zhuǎn)化二環(huán)保水平低(排放點(diǎn)源多)低(排放點(diǎn)源多)

26、高 (密閉生產(chǎn)環(huán)節(jié) 達(dá)90%以上)污染點(diǎn)源點(diǎn)源多 點(diǎn)源多 減少85%以上CO2排放量特別高 特別高 減少80%以上三用煤量(含動力煤)按100萬噸計(jì) 按100萬噸計(jì) 按100萬噸計(jì) 四全產(chǎn)品產(chǎn)量25 萬噸 21 萬噸 89 萬噸1.油氣產(chǎn)品總質(zhì)量24.5 萬噸 18.7 萬噸 3139 萬噸 其中:a. SNG或LNG21.4 萬噸 1119萬噸(注1)b. LPG(液化氣) 1.5 萬噸 2.0萬噸(注2) C. 氫氣 4.5萬噸(2.5wm3) d. 汽油.柴油 12.0 萬噸 10.5萬噸(注3)e. 石腦油.輕油0.3 萬噸 3.0 萬噸 1.5 萬噸 f. 混合焦油. 中 油2.4

27、萬噸 1.8 萬噸 1.5 萬噸 g. 粗 酚0.4 萬噸 0.4 萬噸 0.4 萬噸 油氣產(chǎn)品總質(zhì)量占耗煤量百分比24.5 % 18.7 % 3139 % 2.縛硫潔凈炭 5851 萬噸 (用余熱氣化后的量)3.余熱發(fā)電 0.5億kwh 4.硫酸銨(必盈) 0.6 萬噸 5.硫磺(成本高必虧)0.3 萬噸 0.3 萬噸 (用其硫與氨制硫酸銨)6.液 氨 0.3 萬噸 0.3 萬噸 五以全產(chǎn)品計(jì)煤耗 4.0噸/噸 4.9噸/噸 1.1噸/噸 產(chǎn)品率 (產(chǎn)品總質(zhì)量占耗煤的百分比) 25.1 % 21.3 % 89.0 % 六以油氣產(chǎn)品計(jì)煤耗 (除潔凈炭耗煤)4.1 噸/噸 5.1 噸/噸 <

28、;1.2 噸/噸 七以全產(chǎn)品計(jì) 動力消耗1. 水 耗6.7 噸/噸 30 噸/噸 1.0 噸/噸 2. 電 耗150 kwh/t 1000 kwh/t 35 kwh/t 八全產(chǎn)品綜合能耗600 kgce/t 1000kgce/t 150 kgce/t 九加工成本比較設(shè)此項(xiàng)為100 100 30 十制油成本與目前市場價(jià)之比按目前物價(jià)計(jì) 1.2(必虧) 0.5(必盈) 十一單位產(chǎn)品投資額設(shè)此項(xiàng)為 1 1 0.5 十二按目前市場物價(jià)計(jì)算投資回收期至少 >10年 因虧損 難以回收3年左右 注1: 其中包括合成SNG,紅焦顯熱用水回收時為下限值,用蒸汽回收可達(dá)上限值;注2: 包括輕焦油、輕烴油加氫

29、及制取動力油過程中生成的少量C24；注3: 為輕焦油和輕烴油加氫處理并經(jīng)餾分后制取的汽油和柴油。說明: 1.常規(guī)煤制油氣工藝指標(biāo)來源于生產(chǎn)廠家可研報(bào)告； 2.表中金額計(jì)算單價(jià)(成本.投資額等)均以16年6月份市場物價(jià)計(jì)。 4. 100wt/a長焰煤分段熱解提烴工藝技術(shù)方案4.1 本工藝技術(shù)方案的條件： 本方案選用神府煤田或鄂爾多斯地區(qū)煤田的高揮發(fā)分、富油、低灰、低硫、低磷長焰煤為原料。為了取得更好的效益，盡量選用如下指標(biāo)的長焰煤為主要原料。其工業(yè)指標(biāo)見表8。 表8 對入爐煤的質(zhì)量指標(biāo)要求 灰分 （%）揮發(fā)分 (Vdaf)全硫(%)磷(%)烴含量（%）熱值（Mj/kg）6370.460.0228

30、28 因其灰分特低，且價(jià)格低廉，由于價(jià)格優(yōu)勢以及質(zhì)量獨(dú)到，與當(dāng)?shù)孛合啾葻o論在價(jià)格上還是質(zhì)量上(主要指烴類含量指標(biāo))都具有明顯的競爭優(yōu)勢。 考慮到暢翔型分段熱解提烴裝置的能源轉(zhuǎn)化效率高，產(chǎn)品組成所具有的獨(dú)特優(yōu)勢，以及裝置用于生產(chǎn)的成熟性，本方案選用暢翔型中低溫分段熱解裝置。 為了增加無硫排放潔凈固體燃料的附加值，使其適用于潔凈氣化劑以及化工造氣，本方案選擇生產(chǎn)型塊無煙潔凈固體燃料縛硫潔凈炭。4.2 爐型確定及參數(shù)：本工藝確定采用暢翔型分段熱解提烴裝置。從表5可以看出，該裝置的熱解室上寬300mm，下寬460mm，有效高15540mm，有效長2×5440mm，有效容積2×32.

31、1m3，每室每天處理煤量26t，本示范工程為56×2室，原料煤中無水基揮發(fā)分為37%時，干餾后潔凈炭中揮發(fā)分1.0%，水煤氣反應(yīng)前潔凈炭產(chǎn)率64%左右，用水蒸汽作介質(zhì)反應(yīng)后潔凈炭產(chǎn)率為5153%。4.2 產(chǎn)品方案： 本工藝的主要產(chǎn)品為人工天然氣SNG或液化甲烷LNG、丙烷液化氣LPG及均易加工為代油產(chǎn)品或其它高附加值產(chǎn)品的輕質(zhì)焦油和輕烴油，其余固體活性潔凈炭可作潔凈氣化劑、潔凈燃料或煙氣脫硫脫硝吸附劑。其產(chǎn)品及可延伸產(chǎn)品見低階煤熱解及延伸產(chǎn)品樹枝圖。車用動力油SNG 或LNG液化氣LPG氫氣輕烴油.酚油油/氣提質(zhì)合成油合成天然氣SNG燃料氣合成氨.甲醇等低階煤型塊熱解氣 化生產(chǎn)電石還

32、 原 劑高爐噴吹高 熱 值無硫排放潔凈燃料煙氣脫硫脫硝吸收劑鐵冶金還原劑銅.鐵.磷等冶煉活性潔凈炭(無硫排放燃料)發(fā)電供熱民用燃料余熱利用蒸氣發(fā)電 圖3 低階煤型塊熱解及延伸產(chǎn)品樹枝圖 直接轉(zhuǎn)化主要產(chǎn)品如下： 煤焦油：1012 wt/a，供加氫制取車用動力油。 其中：輕質(zhì)焦油 d0.95： 910 wt/a 中質(zhì)焦油 d0.95： 12 wt/a 輕烴油： 2 wt/a 粗酚： 0.6 wt/a 煤氣(含水煤氣)： 10 wm3/h(包括用蒸汽介質(zhì)時水煤氣量) 可提取氫氣： 2.5 wm3/h 可提取SNG： 1.5 wm3/h 可提取LPG: 1300m3/h(2.55t/h) 分離氣：40

33、000 m3/h(主要供合成氣或熱解爐加熱,計(jì) 算熱值為12.5 Mj/m3.熱解自用熱量小于2 Mj/kg煤)； 帶余熱的廢氣與剩余煤氣燃燒氣混合,供蒸氨加熱、生 產(chǎn)蒸汽用，蒸汽可供發(fā)電或制水煤氣等用)。 SNG或LNG(C12)：13000 wm3/a LPG(C24)： 2.2 wt/a4.2.2.7 氫氣： 22000 wm3/a 縛硫潔凈炭52 wt/a,供氣化造氣或作無煙潔凈燃料 等用,6mm的炭末不到0.5wt可回配或用作鍋爐燃料。 電力：5000萬度/a4.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：本熱解提烴工程按處理長焰煤精煤計(jì)，公稱能力為100萬噸/a，設(shè)計(jì)能力105萬噸/a，若對提烴要求低時

34、還可強(qiáng)化生產(chǎn)。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表9。 表9 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)序號名 稱單 位數(shù) 量備 注一.生產(chǎn)規(guī)模(設(shè)計(jì)處理能力) wt/a 105以處理干煤量計(jì)二.熱解室主要參數(shù)熱解室總室數(shù) 室2×56熱解室有效高 mm15540熱解室有效長(單室) mm5440雙室排列熱解室上部寬度 mm 300熱解室下部寬度 mm 460熱解室有效容積(單室) m332.1三.產(chǎn)品產(chǎn)量1. 煤焦油wt/a 11.0 1-1 其中:d0.95t/m3輕質(zhì)焦油 wt/a 9.0 1-2 d0.95t/m3中質(zhì)焦油 wt/a 2.0含部分重質(zhì)焦油2. 輕烴油 wt/a 2.03. 粗 酚 wt/a 0.64.

35、煤氣(含水煤氣)wm3/a850004-1 其中: 甲烷氣wm3/a 130004-2 丙烷氣(含C24)wm3/a 11002.16 wt/a4-3 氫氣wm3/a 220004-4 回爐加熱用分離氣wm3/a 25000熱值12.5 Mj/m34-5 其它用分離氣wm3/a 23000熱值12.5 Mj/m3接表9-續(xù)序號 名 稱單 位數(shù) 量備 注5. 硫 銨t/a 65006. 活性潔凈炭wt/a 52.0水蒸汽氣化后的量7. 提質(zhì)SNG或LNGwm3/a12000 LNG為二期工程8. 液化氣LPG(C24) t/a180009. 余熱發(fā)電wkwh/a 5000四.主要原.輔材料消耗1

36、. 低階精煤(干基) wt/a 1052. 粘結(jié)劑及其它輔助材料萬元/a 8000五.動力消耗1. 耗 電wkwh/a7500不包括二期2. 耗 水 wt/a 603. 耗蒸汽 wt/a 304. 其 它萬元/a 500柴油等六.熱解工序能耗kgce/t 75七.運(yùn) 輸 量 wt/a 1891. 運(yùn) 入 wt/a 110 2. 運(yùn) 出 wt/a 79八.全廠定員 人 4001. 其中：管理與技術(shù)人員 人 602. 生產(chǎn)工人 人 340九.占地面積 公頃 35 4.4 工藝系統(tǒng)及流程： 本工藝系統(tǒng)流程示意圖見圖2。 圖2 暢翔型低階煤熱解提烴工藝流程示意圖原料煤儲送車間：本方案以神府煤田或鄂爾多

37、斯煤田長焰煤為計(jì)算依據(jù)，質(zhì)量指標(biāo)如表8，年消耗干基長焰煤105萬噸，考慮到交通及各種因素對供煤的影響，據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定本車間最大儲煤量為25天的消耗量，即1050000÷365×2572000噸。為降低粉塵污染，同時減少儲存過程的風(fēng)損、雨損，本方案采用全封閉倉儲方式，建設(shè)總?cè)萘?0000m3的儲煤倉。 在備煤全過程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化操作，避免了用多臺裝載機(jī)、推土機(jī)操作的傳統(tǒng)做法，從而大幅度降低了能耗和機(jī)耗，更重要的是至少可降低90%以上污染物排放，而且也杜絕了風(fēng)沙對原料煤的污染。原料煤采用汽運(yùn)，并直接自卸進(jìn)入總長,50m的受煤坑內(nèi)。受煤坑由多個100t容量的截錐體受煤槽組成。在受

38、煤坑下部設(shè)B=1000膠帶輸送機(jī)(300t/h)，由容積式給料機(jī)由受煤坑向膠帶輸送機(jī)供煤。煤經(jīng)膠帶機(jī)送入儲煤倉儲存。本方案型煤采用加粘結(jié)劑壓制成型工藝，即：成 型混 捏型 煤低階煤 (1mm)雙 效 粘 結(jié) 劑本方案系以低階末煤為型煤原料生產(chǎn)活性潔凈炭，主要供應(yīng)對象是氣化制合成氣或化工廠造氣用，故對其熱態(tài)性能無特殊要求，故所得型煤無需處理，可直接加入分段熱解裝置進(jìn)行熱解?？紤]到潔凈炭用戶，尤其是零散的民用小戶難以脫除燃燒后產(chǎn)生的SO2問題，同時為了降低干餾煤氣或發(fā)生爐煤氣中的S2H含量，在配煤過程中加入縛硫劑，生產(chǎn)縛硫潔凈炭，以最大可能地減少產(chǎn)品燃燒后的SO2排放。 熱解車間：型煤入熱解室后先

39、后經(jīng)預(yù)熱干燥段，再進(jìn)入低、中、高不同溫度的熱解段，被加熱炭化為赤熱潔凈炭。即型煤在分段熱解裝置中先被加熱至400450左右進(jìn)行低溫?zé)峤?，再被加熱?50600左右進(jìn)行中溫?zé)峤?通常將600定義為低溫?zé)峤?，為區(qū)分和保全400左右熱解的低沸點(diǎn)烴不被二次裂解，本工藝定義600左右為中溫?zé)峤?，然后進(jìn)入高溫?zé)峤舛伪患訜岬?100左右(此段煤氣導(dǎo)出口設(shè)在850左右溫度區(qū))，使型煤充分熱解為揮發(fā)分小于1%的潔凈炭，同時熱解出富烴荒煤氣(富含輕焦油、輕油、氣態(tài)烴等)、中烴煤氣和貧烴煤氣三種不同的荒煤氣。本方案選用暢翔型CX32.12008分段連續(xù)熱解裝置兩座2×56室熱解爐組，每室有效容積V=32

40、.1m3，晝夜處理煤量2900噸。赤熱潔凈炭在熱解室下行經(jīng)過燜焦段到高溫干熄區(qū)，水蒸汽由撥料機(jī)下部進(jìn)入，并在上升到高溫干熄區(qū)過程中經(jīng)換熱升溫到1050左右后，與赤熱炭進(jìn)行水煤氣反應(yīng)；另外有冷煤氣、軟水、空氣三介質(zhì)間接換出赤熱炭剩余熱量實(shí)現(xiàn)干熄。采用水蒸汽做介質(zhì)時，因其沒有液相變氣相的潛熱消耗，故可吃掉潔凈炭中近20%的碳，使?jié)崈籼康幕钚越咏Ｒ?guī)活性炭。進(jìn)入燃燒室參與燃燒的空氣被赤熱炭和熱廢氣間接預(yù)熱至500左右。軟水經(jīng)換熱生成電站用高壓過熱蒸汽供發(fā)電。干熄后的潔凈炭經(jīng)撥料機(jī)、密封排料機(jī)卸入刮板機(jī)排出。整個裝煤及出料過程實(shí)現(xiàn)全封閉操作，污染在過程前及過程中受到全方位控制。為了克制低沸點(diǎn)烴產(chǎn)品不受

41、次高溫裂解破壞，從而使富烴煤氣、輕質(zhì)焦油和輕烴油獲得更高的收率，本方案選擇從380450、550600、800850三個溫度區(qū)設(shè)煤氣導(dǎo)出口分段導(dǎo)出煤氣，以保證低溫餾分出的寶貴烴類成分不受二次裂解。也可根據(jù)用戶對產(chǎn)品的要求設(shè)任意組合或任意一組煤氣導(dǎo)出口，以使烴的二次裂解率進(jìn)一步降低。應(yīng)該注意的是，一定要兼顧增加煤氣導(dǎo)出口所增加的投資及增加的成本，與增加產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量的效益(包括環(huán)保效益)之比是否合理。 在熱解車間設(shè)有篩分工段，在此將潔凈炭篩分為：06mm（少于2%，回配或供高爐噴吹用)，620mm(供電石原料或鐵合金用)，20mm(供氣化、化工造氣或民用)三級。篩分后的潔凈炭分別送入兩個全封閉儲

42、倉內(nèi)，儲倉總?cè)萘繛?2000m3，外運(yùn)車輛可從倉下直接裝車，比之常規(guī)料場工藝可省去裝載機(jī)作業(yè)所帶來的高油耗、高機(jī)耗、高人工成本，同時降低了炭損、克制了揚(yáng)塵污染。4.4.3 煤氣凈化車間煤氣凈化車間由冷凝、脫硫、鼓風(fēng)工段、脫氨工段、輕(烴)油回收工段、以及廢水治理工段組成。 本車間設(shè)計(jì)煤氣最大處理能力為100000m3/h。處理后煤氣中含H2S小于10 mg/m3、含NH3小于30 mg/m3。4.4.3.1 煤氣冷凝、脫硫、鼓風(fēng)工段：本工段設(shè)有煤氣冷卻冷凝、電捕、脫硫、鼓風(fēng)等主要工藝過程及相應(yīng)設(shè)備。 焦油分離依不同條件分別在不同專用設(shè)備中進(jìn)行：循環(huán)氨水中的焦油在新型氨水焦油分離器分離出輕質(zhì)(d

43、0.95)和中質(zhì)(d0.95)焦油可從分離器不同位置自動溢出，無需人為控制；對于冷凝液中的d1.0的焦油則依次通過靜置分離、氣浮分離，獲取中質(zhì)焦油。氣浮后的冷凝液一部分補(bǔ)入循環(huán)氨水，另一部分經(jīng)脫硫脫氰，絡(luò)合萃取脫酚后送蒸氨工序進(jìn)行常減壓蒸氨。減壓蒸氨脫出NH3-N、H2S、HCN、及PAHs等后送臭氧催化氧化塔進(jìn)行催化氧化。經(jīng)以上處理的酚氰廢水其污染物濃度達(dá)到GB16171-2012中表2的要求，用于增產(chǎn)水煤氣，做到廢水零排放。分離出的焦油按比重分為d0.95、d0.95兩種，分別貯存于輕質(zhì)焦油槽和中質(zhì)焦油槽中。在本工段粗煤氣被間接冷卻至18-20，并進(jìn)行負(fù)壓條件下以氨做堿源氧化法脫硫，脫硫后

44、煤氣含H2S小于10mg/m3 。需要說明的是，對其極為棘手的脫硫廢液處理，暢翔公司已經(jīng)開發(fā)出了高效資源化利用的新途徑，這一新工藝可徹底解決脫硫廢液的二次污染問題。煤氣脫氨工段：在本工段采用傳統(tǒng)噴淋飽和器法，用稀硫酸吸收煤氣中氨，并生產(chǎn)硫銨。經(jīng)本工段凈化后的煤氣含氨30mg/m3 。本工段設(shè)有減壓蒸氨裝置，用于處理絡(luò)合萃取脫酚后的煤氣冷凝液脫氨及脫H2S、HCN、PAHs等污染物，所得15%濃氨水送脫硫工序作補(bǔ)充氨源。4.4.3.3 輕烴油工段：采用吸收油吸收法從煤氣中分離輕油，再應(yīng)用減壓蒸餾法從吸收后的富烴油中蒸餾出輕烴油，經(jīng)冷凝冷卻獲得輕烴油產(chǎn)品。4.4.3.4 合成甲烷工段: 采用催化合

45、成工藝，合成溫度300左右，氫碳比2.5：1，催化劑采用鉬系耐硫催化劑，可有效降低成本。 LNG工段：經(jīng)凈化后的合格煤氣先經(jīng)加壓脫碳（CO2）/脫苯法，再用深冷法分離C12烴類，再經(jīng)加壓冷卻制得LNG。同時，在加壓深冷過程中可分離出LPG，即以丙烷為主要成分(C2-4)的液化氣。 酚氰廢水治理工段：通過對廢水有針對性地除油、脫硫、脫氰化物，絡(luò)合萃取脫除酚類、氨、有機(jī)氮化物以及BaP、PAHs等污染物，達(dá)到GB16171-2012煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中表2各項(xiàng)指標(biāo)的要求(見表10)： 表10 新建企業(yè)水污染物排放濃度限值 PH 懸浮物mg/lCODmg/lBOD5mg/l氨氮mg/l總氮 mg/l總磷 mg/l6950802010201.0石油類mg/l揮發(fā)酚mg/l硫化物mg/l苯mg/l氰化物mg/lPAHsmg/lBaPmg/l2.50.30.50.10.20.050.03 處理后廢水可完全用于生產(chǎn)水煤氣或作工業(yè)循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水補(bǔ)入循環(huán)系統(tǒng)，從而達(dá)到廢水零排放。 5. 環(huán)境保護(hù)：生產(chǎn)所產(chǎn)生的酚氰廢水治理及治理目標(biāo)已如前述。對于大氣污染物排放嚴(yán)格執(zhí)行GB16171-2012中表5的