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陕煤集团从2004年起开始研究低阶煤分级分质利用.如何将技术在产业上一步步放大直至落地成为未来的关键.
资料显示,我国的低变质烟煤（包括不粘煤、弱粘煤和长焰煤）占保有资源储量的33%,主要分布于陕西、内蒙古西部和新疆.如何高效、合理利用丰富的低变质烟煤是我国煤炭面临的一项重要课题.在煤炭利用方式向清洁化、高效化发展的大背景下,煤炭分级分质利用应运而生.
煤炭分级分质利用是基于煤炭各组分的不同性质和转化特性,以煤炭同时作为原料和燃料,将煤的热解（千馏）与燃煤发电、煤气化、煤气利用、煤焦油深加工等多个过程有机结合的新型能源利用方式.
相比煤制气、煤制油的技术和设备费用占总投资的80%以上,煤炭分级分质利用项目的技术和设备占比低于70%,且核心设备已实现了国产化.
陕西煤业化工集团有限责任公司（下简称“陕煤集团”）是最先开展煤炭分级分质利用研发的企业.经过多年摸索,陕煤煤业化工技术研究院通过技术攻关,形成了多套成熟的分级分质利用工艺路线和生产系统,可以充分利用陕西地区低变质烟煤资源的物理、化学特性,实现煤炭资源的梯级体用,提高了煤炭的经济附加值.煤炭分级分质利用的技术突破,为经历了煤炭低迷时期的陕煤集团,提供了后期转型升级的关键点.
“2004年陕煤集团提出煤炭分级分质利用的概念,并开始着手相关研究工作.”陕西煤业化工技术研究院副院长郑化安告诉《能源》记者,“根据低阶煤自身结构与性质特点,通过分级分质利用有利于大幅提高煤炭的利用率与附加值,同时可延长和拓宽产业链,调整产业结构,提高经济效益.”
技术积累
“十三五”规划中,对于低阶煤分质利用提出了重点任务.要求研发清洁高效的低阶煤热解技术,攻克粉煤热解、气液固分离工程难题,开展百万吨级工业化示范.研究更高油品收率的快速热解、催化（活化）热解、加压热解、加氢热解等新一代技术.加强热解与气化、燃烧的有机集成,开发热解一气化一体化技术和热解一燃烧一体化技术,配合中低热值燃气轮机或适应性改造后的燃煤锅炉,开展焦油和电力的联产示范.
低阶煤含水量高,直接燃烧或者气化效率低,现有的技术无法充分利用其价值.理论分析与试验证明,中低温热解油技术是目前低阶煤清洁高效转化的最佳途径.
目前,煤炭分级分质利用中热解技术路线根据反应器类型主要分为移动床热解、流化床热解、输送床热解以及转炉与旋转床热解等.“为了实现煤炭分级分质利用技术攻关,陕煤集团投入约50亿元资金用于科研,目前已完成2套煤焦油加氢轻质化制燃料油品技术的开发并建成工业示范装置,稳定进行工业生产.”郑化安表示.
热解技术上则完成了6项技术的中试与工业化试验,建成2套热解示范装置并试运行,一套是60万吨／年粉煤固体热载体热解装置,另一套是50万吨／年蓄热式煤气热载体热解装置；在建示范装置2套,一套是60万吨／年回转窑热解示范装置,另一套是120万吨／年粉煤气固热载体双循环快速热解示范装置；建成2套中试试验装置,一套是输送床粉煤快速热解试验,另一套是带式炉气化热解一体化试验装置.
资料显示,2015年7月12日,由陕西煤业化工技术研究院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),在北京通过由石化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：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.
低阶煤分级分质利用技术工艺已逐渐成熟,如何将技术在工业实际生产中放大是当前迫切需要解决的问题.
规模化应用
11月9日,陕煤集团陕北矿业公司120万吨／年低阶粉煤快速热解工业示范项目开工.据了解,该项目包括120万吨／年粉煤快速热解、30万吨／年煤焦油悬浮床加氢、4万立方／小时制氢、4000吨／年硫磺回收等装置,由上海胜帮科技有限公司负责设计.项目总投资29亿元,预计2019年10月建成投产后可宴现年销售收入14亿元.
据了解,热解技术采用粉煤气固热载体快速热解技术,产品为焦油、煤气和半焦,技术有三大特点：
第一,技术以自产半焦与煤气双循环作为热解的气固热载体,利用固体热载体的高热容与气体热载体的快速传热的双重优势,宴现低阶粉煤的快速高效热解,热解强度大（单套装置产能可达200万吨／年以上）,焦油收率高（大于葛金焦油收率150%）.
第二,项目以自产煤气作为循环载体,通过压差智能化控制分离系统,实现高温油、气、焦的高效在线分离,确保全系统的稳定运行.
第三,项目装置采用全系统智能化控制,半焦湍流贫氧烧炭器,带连续预混合器的高效传质传热管式反应器,实现了气固热载体双循环稳定秒级快速高效热解.
然而,虽然技术以及产业化都取得了很大的进展,但仍有许多问题需要解决.“必须以煤炭加工高附加值化和商品化为原则,突破关键共性问题,如高温气固分离、焦油高效回收、千法熄焦等,产品商品化开发,提高废水循环利用率,同时减少废水的排放.”郑化安告诉记者.
“十三五”期间,陕煤集团神木天元化工有限公司660万吨／年粉煤分质综合利用示范项目、清水园3000万吨／年煤炭分质清洁高效转化多联产项目、以及陕北矿业120万吨／年粉煤气固热载体快速热解工业示范项目将会陆续落地.“煤炭分质利用市场空间大,特别是劣质低阶煤的高附加值化将有很大的市场.”郑化安认为.
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参考文献：
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