平煤神马集团煤焦化工产业链的探索与实践

爱的淡淡的啊

王育红（中国平煤神马集团能源化工研究院  平顶山467000）

       焦炭是钢铁冶炼的重要燃料和还原剂，煤焦产业在中国国民经济发展中占据着重要地位，研究和发展先进技术与工艺，提高能源转化效率，促进煤焦的能源与资源高效清洁利用，对于构建安全、稳定、经济和清洁的现代能源产业意义重大。传统的中国炼焦产业链条以焦炭为主导产品，由于产品结构单一、能源效率低、资源利用粗放、废水废气废热随意排放等问题，受到能源、资源、环境和社会多重因素的制约，面临着严峻的挑战。

1   煤、焦的重要地位
       我国是石油和天然气资源较少，而煤炭资源相对丰富的国家。国土资源部的数据显示，中国化石类能源已探明可采储量中，煤炭占到92.7%，石油占到5.9%，天然气占到1.4％。随着全球石油资源的日益短缺，近几年替代能源的研究和开发非常活跃。煤炭在中国能源消费结构中的主导地位在短期内将无法改变，该结构的秉性决定了适度发展现代煤化工对我国的能源战略安全意义重大。
       2012年中国煤炭消费量39.4亿吨，其中约有50%用于发电，约22％用于煤化工生产，且炼焦占了相当比重。2012年焦炭产量4.43亿吨，炼焦用煤折算为精煤约6.2亿吨，折算为原煤约8亿吨，占煤炭消费总量20％以上。可见，炼焦在中国煤炭经济中占有重要地位，其技术的进步对中国煤炭行业及煤化工的可持续发展意义重大。

2   平煤神马集团煤焦化工产业链探索与实践
2.1  中国炼焦行业问题分析
    （1）炼焦过程是高温操作过程，热损失严重。在焦炉能耗中，高温红焦带出显热约占37%，高温荒煤气带出显热约占33%，焦炉烟道气显热约占18%, 焦炉散热约占10%。生产每吨焦炭能产生430 m3左右的焦炉煤气，其中一半回炉助燃，约200 m3焦炉煤气需进行综合利用。在国家发改委对传统煤化工行业的“节能减排、淘汰落后产能”的政策指导下，炼焦行业的产业政策逐渐收紧，这对行业发展已产生极大的影响。
    （2）近几年，上游炼焦煤价格的居高不下和下游钢材市场的低迷不振，一直挤压着炼焦行业的利润空间，焦炭价格一直徘徊在成本线上下,造成这种现状的主要原因是：中国焦炭企业因钢铁工业而兴起，以焦炭为主导产品，焦炉煤气及煤焦油的综合加工利用尽管也得到一定程度发展，但仍显粗放，这种产品结构本身就蕴藏着经营和投资的巨大风险。如果焦炉煤气、焦油及其他副产品的利用不做好，中国炼焦企业特别是独立的炼焦企业受制于钢铁工业发展形势的局面就不可能改变。因此，中国炼焦工业的持续发展必须改变现有粗放模式，做好能源与资源的高效综合利用。
    （3）近年来，国家和地方各级政府及科研院所更侧重于把煤炭利用领域的基础研究和技术研发的力量集中在煤直接液化制油、煤间接液化制油、煤炭气化制合成气及以合成气为原料的“碳一化工”技术等方面，对炼焦行业的技术研发投入相对不足。技术研发的不足使得煤炭焦化行业技术更新缓慢，炼焦行业的产品结构、焦化技术、热工效率、化产回收、资源利用率、能源效率等整体上的提升相对缓慢。
2.2  平煤神马集团的资源优势
       平煤神马集团原煤年产能近6000万吨，其中炼焦煤种约3000万吨，拥有河南平顶山地区的首山焦化、中鸿煤化、天宏焦化、京宝焦化、朝川焦化和跨地区平煤武钢联合焦化公司及中平鄂钢联合焦化公司等7个骨干炼焦企业，焦炭年产能近2000万吨，是国内大型炼焦工业基地，每年有近100万吨煤焦油和80亿m3的焦炉煤气产生。平煤神马集团利用这些资源，因地制宜，合理布局，以炼焦清洁生产、焦炉煤气综合利用、煤焦油深加工、精细化工等四大产业为主体，打造了“煤炭-炼焦-炼焦副产深加工-化工产品”完整的产业链，构建资源、环境与经济协调发展的新型示范基地。
2.3  平煤神马集团煤焦化工产业链发展方向
       能源与资源的高效清洁利用是炼焦行业目前面临的最紧迫的课题。节能降耗是煤焦行业长期的研究课题。炼焦过程中产生的焦炉煤气和煤焦油等，都是重要的能源或化工资源。焦炉煤气可以生产天然气、城市燃气等洁净气体燃料；煤焦油加氢液化制油比从煤出发液化制油显然具有优越性；焦炉煤气走碳一化工路线可以生产甲醇燃料及数十种基本有机化工产品；煤焦油精细加工可获得各种高附加值芳香族精细化学品和炭素材料等。
      平煤神马集团以炼焦生产为核心，从焦炉煤气综合利用、煤焦油深加工、资源循环利用等三方面，集成原煤入洗、矸石制砖、中煤发电、精煤炼焦、化产回收和深加工、剩余煤气发电、红焦和荒煤气余热蒸汽发电、焦炉烟道气废热回收等技术，着力研发、引进、吸收和转化先进设备和技术，延伸煤焦化工产业链，已初步形成以能源资源综合高效利用为特征的具有行业优势的煤焦化工新型产业与产品结构网络，见图1。

图1     平煤神马集团煤焦化工产业链示意图

       “十二五”期间，平煤神马集团将通过产业和产品结构的进一步调整，加快了重点规划项目建设，加速了产品升级，优化了以炼焦、能源、合成材料和特色化学品为核心的“能源-炼焦-化工-材料”一体化的产业格局，打造以能源和炼焦产业为核心，以化产、环保及建材等为补充的完整煤焦化工产业链。
2.4  各子公司煤焦化工产业链的探索与实践
      平煤神马集团以能源资源高效利用和炼焦清洁生产为出发点，本着优势互补原则，对现有七家焦化企业统一筹划、合理布局，着力打造优势产业网络。
    （1）首山焦化公司煤焦化工产业链。首山焦化公司拥有重介洗煤装置一套，4.3 m捣固焦炉两座，世界先进水平7.63m大容积焦炉两座，6000 kW发电机组两套，粗苯精制、甲醇、二甲醚、煤气制氢、硅烷、新型建材生产线各一套。每年可入洗煤100万吨、生产焦炭300万吨、精苯10万吨、硫铵3万吨、甲醇10万吨、二甲醚20万吨、氢气3亿m3、发电6000万kWh、生产矸石砖1.2亿块，形成了以焦炭和焦炉煤气综合利用及精细化工产业链为主体、以燃料、合成材料、特色化学品为核心的能（源）-化（工）-材（料）一体化的产业布局。首山焦化公司煤焦化工产业链示意图见图2。

图2     首山焦化公司煤焦化工产业链示意图

       另外，首山焦化与科研单位合作开展的焦炉煤气制氢解析气制乙炔项目获得了重大突破，已完成50 t/a焦炉煤气工况试验装置。研究发现，采用变压吸附解析气作为工作气体制备乙炔的质量好，而且利用解析气裂解制乙炔的经济性优于电石法制备乙炔技术，甲烷的转化率可维持在60％以上。目前，正在进行千吨级工业化开发。实施该项目可填补国内利用焦炉煤气制备乙炔技术的空白，较大程度地带动国内炼焦产业和产品结构的升级。同时，乙炔又是盐化工企业生产PVC树脂以及尼龙化工企业的重要原料，这将有力推动煤化工、盐化工和尼龙化工产业的协同发展。
    （2）中鸿煤化公司煤焦化工产业链。中鸿煤化公司现有60孔WKD6055捣固焦炉两座，是我国自行研发设计、具有完全自主知识产权的国内第一座炭化室高为6m捣固焦炉。中鸿煤化开发了焦炉煤气碳氢组分生产化学品高值利用技术，构建了煤-焦-化-电循环经济产业链，而且回收利用炼焦过程中的热能，构建能量回收体，力求做到炼焦全过程清洁高效生产。
利用焦炉煤气制甲醇过程中产生的含大量氢气的弛放气和焦炉煤气净化气，综合变压吸附提氢、空气分离制氮和低压法氨合成工艺技术联产合成氨，建成了5万t/a的液氨生产装置，已完成调试，进入生产阶段。。
       完成了焦炉烟道气废热回收利用技改项目。焦炉烟道废气总量27.2万m3/h，平均温度约255℃左右。该技术是在原烟道旁设置旁路烟道，安装热管蒸发器等余热回收设备，产出表压0.8 MPa的饱和蒸汽，用于生产、生活或者发电。其中热管蒸发器采用热管技术，使用美国镍基钎焊工艺关键设备加工热管，采用国内先进的组合式热管发热锅炉，从而确保先进、可靠及适用，达到国内先进水平。
      目前中鸿煤化10万t/a焦炉煤气制甲醇、焦炉煤气-甲醇弛放气制备合成氨、170 t/h干熄焦、烟道废气余热利用等项目相继投产。焦炉加热自动控制系统、上升管余热利用等项目正在施工，即将投运。低品质煤提质中试装置已完成设计施工，正在进行中试试验。中鸿煤化公司煤焦化工产业链示意图见图3。

图3     中鸿煤化公司煤焦化工产业链示意图

     （3）朝川焦化公司煤焦化工产业链。朝川焦化公司可洗选原煤300万吨，拥有42孔80型捣固焦炉3座，年产冶金焦90万吨，焦油39500吨，粗苯10100吨，硫铵10100吨，年发电量8.64×107kWh。其发电系统为：由粗苯来的净煤气经煤气压缩机加压到0.9 MPa送往6台2000 kW的QDR2型燃气轮机发电机组。燃气轮机尾气余热设置6台6.5t/h的余热锅炉，机组装机容量为15000 kW，自耗电量达9.97%, 每小时能外供13489 kW。
      另外，朝川焦化公司对所属3座JN43-80型复热式焦炉进行了焦炉“火落温度”热工控制系统的研究。“火落管理”是一种有效的热工管理新工艺，其关键是控制结焦过程中发生“火落”的时刻，使实际的“火落时间”与“目标火落时间”的偏差在规定的范围内，使炼焦效果达到焦饼完全成熟并且所消耗的热量最低，确保每一炉焦炭都合格。该项目已投入运行，对提高焦炭质量、降低焦炉燃耗和改善工作环境等有积极的意义。
    （4）开炭新材料公司煤焦油加工装置。开炭新材料有限公司有30万t/a焦油加工装置一套，利用集团内部焦化企业的煤焦油和煤沥青，主要生产轻油、脱酚酚油、粗酚、工业萘、洗油、蒽油和改质沥青等产品。
    （5）京宝焦化公司LNG项目。京宝焦化公司现有2×60孔WKD6055捣固焦炉及配套的化产回收一套、1亿m3/a的LNG一套。LAG项目以焦炉煤气为原料，经过压缩、净化、甲烷提纯、甲烷深冷等4个部分生产合格产品。其关键技术就是将焦炉煤气中的一氧化碳、氮气等和甲烷分离。目前，与某集团合作建设的焦炉煤气生产LNG项目已投入运营，年处理焦炉煤气量2.4亿m3，生产LNG 9400万m3左右，市场定位为高端车用燃料。

3   结语
       新型煤焦化工产业链要充分体现清洁生产和能源资源的高效利用，用最少的能源、资源、生态和资金投入，来获得最大的经济、环境和社会效益。平煤神马集团在炼焦能源与资源高效清洁利用领域内已取得了阶段性成果，将单纯的炼焦转变为“焦炭、高效清洁燃油、燃气和高附加值产品”的一体化生产过程，推广多种单项技术耦合与集成，实现炼焦能源与资源的多级利用和多联产，促进技术创新和产业升级，不仅创造了炼焦工业高效清洁生产的典范，同时也积淀了丰厚的产业基础和成果转化与推广的工程技术基础。