最近，采用大型工業(yè)化低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解成套技術(shù)建設(shè)的陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司（以下簡稱天元公司）60萬噸/年粉煤分質(zhì)綜合利用示范項目，受到業(yè)內(nèi)企業(yè)甚至基金經(jīng)理的關(guān)注，前往考察商談合作的企業(yè)絡(luò)繹不絕。
在煤化工項目經(jīng)濟性差強人意、同時面臨實現(xiàn)雙碳目標的巨大壓力下，大型工業(yè)化低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解成套技術(shù)為何會受到熱捧？該技術(shù)具體有哪些特點？能夠解決什么問題？
帶著這些問題，記者專訪了該技術(shù)帶頭人——天元公司總經(jīng)理李秀輝。
李秀輝 陜煤集團神木天元化工有限公司 總經(jīng)理
1970年7月出生，北京大學(xué)工商管理碩士，高級工程師，深耕煤熱解技術(shù)數(shù)十年，領(lǐng)銜開發(fā)的大型工業(yè)化低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解成套技術(shù)獲中國煤炭工業(yè)科技二等獎，已獲70項國家授權(quán)專利；領(lǐng)銜開發(fā)的低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解制取新型無煙煤工藝技術(shù)獲中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會技術(shù)發(fā)獎三等獎；領(lǐng)銜開發(fā)的塊煤干餾中低溫煤焦油制取輕質(zhì)化燃料工藝技術(shù)先后獲得陜西省石化科技一等獎、陜西省科技二等獎、中國煤炭工業(yè)科技二等獎、中國資源綜合利用科技二等獎、中國石化科技進步二等獎；領(lǐng)銜開發(fā)的高濃度有機廢水處理技術(shù)已在焦炭行業(yè)推廣應(yīng)用。
記者：低階煤熱解已經(jīng)有許多技術(shù)路徑，你們?yōu)楹芜€要開發(fā)這個技術(shù)？
李秀輝：煤熱解能夠通過較少的能源消耗，從煤炭大分子中分離出氣（煤氣）、液（焦油）、固（焦炭）3種形態(tài)的物質(zhì)，進一步加工成幾十上百種產(chǎn)品，充分利用了煤的化學(xué)能、熱能和材料屬性，是煤炭高效清潔利用的核心技術(shù)，自1860年德國通過低溫干餾成功生產(chǎn)出燈油、石蠟起，就受到廣泛關(guān)注。
世界上許多國家都開展過煤熱解技術(shù)的研發(fā)，先后有近30種煤熱解技術(shù)誕生。但其中只有5～6項技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。而在這5～6種工藝路徑中，有的雖然建成工業(yè)化裝置，但無法滿足安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)的工業(yè)化生產(chǎn)要求。
我們一直攻關(guān)的是采用外燃內(nèi)熱式直立爐的低階煤回轉(zhuǎn)熱解技術(shù)。但外燃內(nèi)熱式直立爐存在一系列問題，其中最大的問題就是受熱解爐結(jié)構(gòu)制約只能以低階塊煤作原料，原料適應(yīng)性小，采購成本高。
圍繞這個問題，從2011年開始，我們與華陸工程科技有限公司聯(lián)手，開始了粒度30毫米以下的低階粉煤熱解技術(shù)研究。
2012年，我們開發(fā)并建成了5萬噸/年低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解制取無煙煤中試裝置，同時形成了完整兩工藝包。
2017年6月，660萬噸/年處理能力的低價粉煤回轉(zhuǎn)熱解爐項目一期60萬噸/年工業(yè)化示范裝置開始建設(shè)，期間項目先后攻克了設(shè)備放大、管道堵塞、油氣粉塵含量高、裝置運行周期短、設(shè)備結(jié)焦、油水分離困難、污水處理難等系列難題，
2019年5月11日一次性投料試車成功。
2019年11月26日，該項目在北京通過了中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定。當(dāng)年，該技術(shù)的核心設(shè)備——大型粉煤熱解回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐入選國家《首臺（套）重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄》（2019版）。
到目前為止，該技術(shù)共獲得國家授權(quán)專利70項。其中，發(fā)明專利17項、實用新型專利53項。
記者：在你們之前，國內(nèi)外就有低階粉煤熱解技術(shù)。你們的技術(shù)有哪些創(chuàng)新?
李秀輝：此前的低階粉煤熱解技術(shù)，有的工程化難題一直未得到解決，有的雖然建成了工業(yè)化裝置，卻因熱傳導(dǎo)效率低、高溫?zé)峤饷簹庠诰€氣固分離困難、熱解廢水難以處理、單爐難以突破100萬噸/年、項目能效低、經(jīng)濟性差等原因，未得到用戶廣泛認可和推廣應(yīng)用。而我們的技術(shù)具有以下幾大特點和優(yōu)勢：
?一是自主開發(fā)設(shè)計的核心設(shè)備——回轉(zhuǎn)反應(yīng)爐的單爐處理煤量達120萬噸/年，是目前世界單爐最大的熱解爐，為大型工業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。
?二是自主開發(fā)了多級高效油氣除塵工藝，解決了粉煤熱解中油氣塵難以高效分離的世界性難題。
?三是設(shè)計了獨特的原煤干燥水、熱解水分級回收系統(tǒng)，單位產(chǎn)品水耗僅0.05噸，污水處理量更少，整個裝置的能源轉(zhuǎn)化效率達86.31%。
?四是煤粒直徑50毫米以下不經(jīng)篩選的低階煤均可作為原料，原料適應(yīng)性更廣、成本更低。
?五是所得提質(zhì)焦粉可廣泛用于替代無煙煤、高爐噴吹、配煤煉焦、燒結(jié)鐵礦石燃料、電石、金屬冶煉、民用燃料、合成氨、碳素材料、吸附劑等領(lǐng)域，拓展了焦粉應(yīng)用空間，提升了項目競爭力和盈利能力。
?六是所得產(chǎn)品品質(zhì)好——提質(zhì)焦粉固定碳含量高達82%，全水、灰分、揮發(fā)分以及硫含量分別不超過10%、7%、10%和0.25%，已經(jīng)在鋼鐵行業(yè)得到應(yīng)用；煤焦油的機械雜質(zhì)和水分分別低于0.8%和0.5%；煤氣熱值超過7200千卡/標準立方米，有效氣體含量超過85%，甲烷含量超過40%。
更為重要的是，我們的60萬噸/年工業(yè)化示范項目自投產(chǎn)以來，很快實現(xiàn)了滿負荷率運行，至今已累計運行11000多個小時，刷新了低階粉煤熱解工業(yè)化裝置連續(xù)運行的最高紀錄，而且我們的爐子對煤種的適應(yīng)性很強。
記者：你們的爐子主要能吃哪些煤種？收到了怎樣的效果？
李秀輝：國內(nèi)低階煤熱解技術(shù)目前主要用外燃內(nèi)熱式直立爐，也叫方爐。這種爐子只能用塊煤，生產(chǎn)過程中需補充大量空氣，導(dǎo)致產(chǎn)出煤氣中氮氣含量超過40%，熱值極低，粉塵含量高，幾乎很難經(jīng)濟地加以利用，所以俗稱“荒煤氣”，大多只能用來燃燒發(fā)電或點天燈。而我們這個爐子，除陜西神府地區(qū)粉煤外，還分別投用了內(nèi)蒙古褐煤、新疆粉煤、印尼粉煤。這些原煤投用后，煤氣、煤焦油、提質(zhì)焦粉的產(chǎn)率、質(zhì)量均符合預(yù)期，提質(zhì)焦粉的質(zhì)量全部達到優(yōu)良指標。經(jīng)過持續(xù)優(yōu)化改造，目前裝置運行更加優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定，各產(chǎn)品指標均優(yōu)于設(shè)計值，為二期項目設(shè)計積累了更加詳實的數(shù)據(jù)。在滿足設(shè)備安全穩(wěn)定、長壽命等綜合指標的前提下，高合金鋼用量明顯減少，進一步壓縮了項目投資，提升了項目盈利預(yù)期。
記者：你們的二期項目進展如何？
李秀輝：二期的規(guī)模是600萬噸/年，預(yù)計總投資74.79億元，現(xiàn)已開始場平和長周期設(shè)備訂貨，預(yù)計2022年底建成并具備整體試車條件，計劃2023年投產(chǎn)。達產(chǎn)后，可年產(chǎn)提質(zhì)焦粉368萬噸、煤焦油56萬噸、液化天然氣25.71萬噸、液化石油氣7.46萬噸，年可實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值56億元、利稅總額20億元。
記者：雙碳目標當(dāng)前，不少地方談煤色變，對涉煤項目圍追打壓。在此背景下，你覺得你們的技術(shù)還有前景嗎？
李秀輝：碳減排壓力越大，我們對自己技術(shù)的推廣應(yīng)用越有信心。因為我們相信一個大前提，那就是實現(xiàn)雙碳目標的關(guān)鍵是高效清潔利用包括煤炭在內(nèi)的化石能源，而非禁煤。國家“十四五”規(guī)劃中明確提出，要增強能源持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)和風(fēng)險管控能力，實現(xiàn)煤炭供應(yīng)安全兜底、油氣核心需求依靠自保、電力供應(yīng)穩(wěn)定可靠，做好煤制油氣戰(zhàn)略基地規(guī)劃布局和管控……這表明，用好煤、少用煤正是實現(xiàn)雙碳目標的重要手段。
大家都知道，低階煤煤化程度低、揮發(fā)分高、水含量高、有機質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)中側(cè)鏈較多，有機質(zhì)元素組成中氫氧含量較高，若用作發(fā)電、工業(yè)鍋爐、民用燃料一燒了之，不僅會引發(fā)嚴重的環(huán)境污染問題，而且白白浪費了其中的油、氣等輕質(zhì)組分和化學(xué)品資源。而低階煤的熱解技術(shù)屬于相對緩和的加熱過程，無需加氫加氧對煤炭分子過度拆分，常壓下即可將煤分解為半焦、煤氣、焦油等產(chǎn)品，最大程度利用了煤的分子結(jié)構(gòu)特點，增加了化學(xué)能的多級、多層次轉(zhuǎn)化利用，從而實現(xiàn)對煤的分質(zhì)、梯級、高效、清潔利用。有關(guān)機構(gòu)做過測算：我國每年消耗低階煤約20億噸，若全部通過大型工業(yè)化低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解技術(shù)對其分質(zhì)分級高效清潔利用，每年可生產(chǎn)1.87億噸油品、8570萬噸液化天然氣、2487萬噸液化石油氣、12.27億噸潔凈優(yōu)質(zhì)提質(zhì)焦粉。同時，相比直燃、液化、氣化等劇烈應(yīng)用過程，年可節(jié)約標煤1.5億噸，減排二氧化碳3.4億噸。
我還要和同行們分享一個事實：雖然煤化工出現(xiàn)了行業(yè)性巨額虧損，但天元公司以低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解成套技術(shù)為龍頭的煤炭分質(zhì)利用項目均實現(xiàn)了較好盈利。尤其今年前兩月，僅60萬噸/年低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解裝置就實現(xiàn)利潤480萬元，吸引了包括連云港市政府、新疆投資發(fā)展集團、新疆能源集團、山西陽煤豐喜肥業(yè)集團、山西亞鑫集團、杭州錦江集團印尼項目部等單位紛紛前來考察。來者都表示希望引進低階粉煤熱解技術(shù)，推動本地煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化利用，有些已經(jīng)與我們簽訂了合作協(xié)議或合作框架協(xié)議。而包括寶武鋼鐵集團、南鋼集團、太鋼集團、漢鋼集團、山東魯西化工集團等企業(yè)則紛紛前來洽談優(yōu)質(zhì)焦粉長期購銷事宜。所以我堅定地相信，有著顯著節(jié)能減排、減碳效果與經(jīng)濟性的大型工業(yè)化低階粉煤回轉(zhuǎn)熱解技術(shù)，將在實現(xiàn)雙碳目標過程中起到重要作用！
記者：謝謝您接受采訪！
來源：《中國石油和化工產(chǎn)業(yè)觀察》雜志
作者：陳繼軍、張建軍
