1.3　低階煤分質利用的開發系統

我國煤炭資源相對豐富，但是品種結構并不理想，一些稀缺煤種匱乏的情況下，使用結構也不夠合理，曾經有過將稀缺煤種作為動力煤一燒了之的教訓。雖然目前基于我國煤炭的分類，基本做到了低階煤用于燃燒、化工，焦化煤種用于煉焦，貧瘦煤用于燃燒，無煙煤用于散燒、化工，但仍屬于粗線條利用，缺乏系統規劃，仍有進一步細分、提升能效、降低物耗的潛力。

低階煤由于煤化程度低，大多含水率高、活性高、易燃易碎，直接燃燒或長距離運輸經濟性差，同時其側鏈較多，氫氧含量高，揮發分高，需要建立分質利用技術開發系統，實現清潔、高效地用好低階煤。該系統主要包括以下內容。

（1）煤質評價

對可以代表礦區產品穩定性質的典型煤樣進行分質利用相關的全面煤質分析，包括粒度、工業分析、元素分析、有害元素分析、發熱量、可磨性、黏結性、灰熔點、灰成分、葛金低溫干餾試驗、CO₂反應性等指標。該環節可明確測試煤種是否適合熱解，若有黏結性，一般用作煉焦煤種；若揮發分過低，一般做動力煤、化工用煤；揮發分高，葛金焦油產率高者，是優良的熱解用煤。

（2）分質熱解

“粗線條”式地確定出適于熱解的原料煤后，下一步需要對其“細線條”熱解分質。目前熱解已形成多種技術，在考慮技術成熟度的基礎上，粒徑是甄選技術的重要因素。例如塊煤熱解可選擇已有數千萬噸產能的立式爐，混煤、碎煤熱解可選擇氣化-熱解一體化技術（CGPS）、煤氣熱載體移動床技術（SM-GF）、旋轉床技術等，粉煤熱解可選擇氣固熱載體雙循環技術（SM-SP）、輸送床快速熱解技術、回轉窯技術等。經過熱解，煤分質為半焦、焦油、熱解氣三態產物，之后對其分別分質加工。

（3）半焦分質

低階煤經過熱解得到的固體產物半焦具有含水率低、揮發分低、熱值高、燃燒無煙等特點。根據半焦粒徑及實際需求，粉焦或粒焦經研磨后可用于成型、氣化、燒結、噴吹、制漿、燃燒發電，塊焦或成型焦可用于制備電石、散燒、固定床氣化等。塊焦已在電石制備、散燒、燒結、噴吹等領域有諸多工程實例；粉焦利用方面，陜西煤業化工集團等相關企業已進行了多項粉焦利用工業試驗，從理論和實踐兩方面初步證明了粉焦廣泛應用的可行性，但由于粉煤熱解技術尚未成功示范，目前粉焦沒有規?；瘧?。

（4）焦油分質

以陜北立式爐煤焦油為原料，采用延遲焦化、全餾分加氫、懸浮床加氫等工藝生產汽油、柴油的示范裝置已建成多年并穩定運行。但隨著全球能源消費格局的轉變，制汽柴油技術的經濟性逐漸降低。煤焦油中硫元素含量很低，H/C比介于煤和石油之間，酚含量35%甚至更高，在制備航空煤油、橡膠油、變壓器油、潤滑油基礎油等特種油品方面競爭力逐漸提升，陜煤集團和中國航天科工六院共同研制的煤基航天煤油已成功應用于火箭發動機。近年來，煤焦油捕獲技術發展迅速，逐漸從氨水捕集向更節能環保的油洗捕集過渡，實現了煤焦油的分段采出，不同階段采出的煤焦油餾分、組成不同，可用于提取、加工不同化工產品。其中，優先采出的煤焦油芳潛含量高，是制備芳烴的優良原料，精益化工、陜煤集團的煤焦油深加工制芳烴示范裝置正在建設。

（5）熱解氣分質

熱解氣品質與熱解工藝密切相關。當前成熟工藝立式爐熱解的熱解氣品質較差，氮氣含量接近50%，熱值1800kcal/m³左右（1kcal=4.184kJ），大多用于發電以及供金屬鎂廠、鐵合金廠作為燃料。氣化-熱解一體化技術（CGPS）熱解氣品質高，有效氣成分（CO、H₂、CH₄、C_nH_m）大于80%，H含量大于30%。煤氣熱載體移動床技術（SM-GF）熱解氣有效氣成分大于85%，H含量大于35%。相較于傳統蘭炭煤氣制氫，此類高品質熱解氣，制氫的經濟效益更為顯著。針對高品質熱解煤氣的提甲烷、制合成氣及相關下游技術正在研發中。

（6）精細化加工

針對半焦、焦油、熱解氣分質形成的產品進行優化組合，研發技術可行、市場良好的精細化學品制備技術，例如重質煤焦油制針狀焦，熱解氣制合成氣、半焦氣化制合成氣相耦合制烯烴等。

（7）“三廢”、余熱、余壓循環利用技術

低階煤分質利用過程中，單項技術可能會產生高污染物濃度及難處理的廢氣、廢渣、廢水，以及低品位難以直接利用的余熱、余壓。而低階煤分質利用系統以逐級分質轉化高效利用為核心，以大型項目為載體，組成一個對低變質煤“吃干榨盡”的完整產業鏈。在轉化過程中的各種物料條件及廢棄物逐級分質優化利用，構建“上游產品為下游原料，上游副產物、排放物作為下游原料資源化利用，余熱、余壓物盡其用，下游產品延伸發展”的物流鏈，變廢為寶，節約能源，減少排放，保護環境。例如，熱解廢水具有高COD（化學需氧量）、高酚的特點，處理成本很高，但可將其與半焦粉制漿，水焦漿氣化制合成氣，實現高效處置；熱解干法熄焦過程中往往會產生200℃左右的循環氣弛放氣，這部分低品質熱量難以直接應用于熱解技術，但卻可以干化污水處理系統所產污泥。

（8）耦合集成技術開發

當前的研究大多專注于熱解、焦油加氫、熱解氣提氫等單項技術。隨著單項技術的突破，分質利用系統耦合技術必將成為下一個制約整體工藝節能減排的瓶頸。耦合集成技術主要以上游產品產生系統為起點，以下游原料入反應器系統為終點，對這一過程進行銜接。例如，熱解過程結束后，半焦為熱態，而下游噴吹、燃燒發電、氣化反應器內也是熱態，如果研發出耦合技術，將半焦熱態直接送入這些反應器內，將省去熄焦、預熱環節，大幅提升能效，降低設備投資；部分熱解技術帶壓操作，焦油、熱解氣在高溫、高壓條件下收集，而焦油、熱解氣加工精制的很多技術也需要帶溫、帶壓，通過研發耦合技術，可以無需調整溫度、壓力，平穩地將熱解裝置的產品焦油轉入焦油加工裝置，實現節能降耗。

基于以上分析，分質利用開發系統見圖1-7，即以低階煤為原料，對其進行熱解分質、焦油分質、熱解氣分質、半焦分質、精細化加工、“三廢”循環利用等單項技術研發，同時進行物質流和能量流的有效耦合、合理配置，以能耗和排放最小化為理念，進行耦合集成技術開發，最終實現系統總能效和碳氫氧原子利用率高，水耗小、排放少，產品附加值高，工藝簡捷、設備易國產化，總投資低，綜合效益好。