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孟庆波:兰炭产业应走大型化、清洁化和高效化之路

2019-06-17 15:41:00      作者:郭达清 张垚 李倩

  “兰炭生产应走大型化、清洁化和高效化之路,为生存和构建产业链奠定基础。”5月28日,在第三届煤炭清洁利用暨兰炭产业绿色发展与应用创新大会上,中钢集团鞍山热能研究院有限公司副院长、煤焦技术国家工程研究中心常务副主任孟庆波指出。
  环保趋严 兰炭产业挑战与机遇并存
  近年来,环保要求逐渐严格,国家和各地相继出台了相应的产业政策,对兰炭产业提出了新的要求。不久前,国家发改委发布的《产业结构调整指导目录(2019年本,征求意见稿)》指出,淘汰单炉产能7.5万吨/年以下或无煤气、焦油回收利用和污水处理达不到准入条件的半焦(兰炭)生产装置;限制半焦单炉生产能力小于10万吨/年,企业生产能力小于100万吨/年焦化项目;鼓励低阶粉煤干燥成型—干馏一体化等先进技术的研发和应用。
  榆林市相关文件也要求,在2020年12月底前,当地所有兰炭企业实施全面环保综合治理和升级达标;支持企业用新工艺、新装备联合建设大型煤质综合清洁利用项目,明确兰炭、煤气、煤焦油综合利用、高端精深加工方向,要满足国家最新兰炭行业准入标准。
  孟庆波指出,当前,兰炭产业存在一些挑战与机遇:
  一是兰炭装置产能低、企业规模小,且产业集中度低。兰炭单炉生产能力多为10万吨/年,兰炭企业规模多为60万吨/年~150万吨/年。目前,国内仅有新疆广汇产能达到510万吨/年,神府等地兰炭产业园区规模也较小。这与发展以煤热解为先导的现代煤化工产业政策不匹配。
  二是兰炭产业工艺技术、装备水平低。兰炭生产一般采用内热式直立炉工艺技术,煤气有效成分低。其中,氢气、一氧化碳和甲烷含量合计占比为47%~48%,氮气、二氧化碳含量合计占比为51%~52%。同时,煤气净化装备水平低,使得煤气质量低,焦油、氨等含量高,不适于用作合成气,兰炭产业很难构建基于煤气的现代煤化工产业链。
  三是兰炭企业难以满足越来越严格的环保要求。兰炭企业密闭储煤设施、抑尘除尘设施装备简陋,除尘效果差;净化工艺不够完善,部分企业未建设脱硫装置,几乎没有企业建设脱氨装置;同时,污水处理效果不理想,水循环利用存在较大问题。“这些环保问题使得兰炭企业不能满足环保准入等政策,兰炭企业准入率低。”孟庆波强调。
  鉴于此,孟庆波建议,要建设高起点大型清洁高效兰炭装置,实现园区化、规模化,发展循环经济;构建基于兰炭、煤焦油和煤气的新型现代化煤化工产业链,向高端精细化方向发展;满足未来环境保护、安全生产、行业政策的要求,实现绿色、安全、高效生产。
  转型升级 兰炭产业寻求新市场
  孟庆波表示,逐渐趋严的产业政策会倒逼兰炭产业加快转型升级步伐,促使兰炭企业寻找新的市场。“一些区域将可能增加兰炭采购替代煤炭,用于高炉喷吹、烧结工序;将兰炭当作无烟燃料,用于中小锅炉或民用。”孟庆波认为。
  据了解,目前,基于低阶煤热解工艺的产业链有:兰炭—铁合金产业链、兰炭—电石(碳化钙)—PVC 产业链、兰炭—焦油—燃料油产业链和兰炭—硅铁—金属镁产业链 。“这些产业链趋于饱和,对兰炭需求增量不大,必须开发兰炭新市场。”孟庆波认为,下一步,兰炭可以向高炉喷吹、烧结、替代焦丁与铁矿混装入高炉炼铁、无烟燃料等方面发展。
  “虽然我国在煤源地——神木、府谷、鄂尔多斯、哈密等地形成近8000万吨~10000万吨兰炭产能,但是兰炭生产工艺相对固定,兰炭产品质量指标单一、规模(产量)低,无法满足新市场客户的广泛要求。”孟庆波进一步指出,兰炭产业必须进行转型升级:一是兰炭企业应将单炉生产能力提升至20万吨/年~50万吨/年,企业规模扩大到200万吨/年~500万吨/年,发展基于煤气、焦油的深加工产业链。二是生产兰炭的直立炉用热煤气作载热体,热解块煤,使煤气有效成分提高至85%~90%(与焦炉煤气组分相当),可直接作为合成气,制甲醇、LNG(液化天然气)、乙二醇、合成氨等,构建现代煤化工产业链。三是提高兰炭产业装备水平,配套齐全的环保设施,满足越来越严格的环保要求。四是建设粉煤干燥—成型—干馏一体化工艺技术示范装置,解决制约兰炭行业的块煤原料问题,同时继续开发粉煤热解工艺技术。五是产能为250万吨/吨的企业,基于煤气构建现代煤化工产业链,形成30万吨/年甲醇、联产10万吨/年液氨的规模。
  不断探索 兰炭应用进入新天地
  为促使兰炭产业转型升级,中钢鞍山热能院开展了一系列研究,开发了热循环煤气干馏工艺。该工艺的优点是:直立炉以热循环煤气为热源,可大大降低氮气的带入,氢气含量由23%~30%提高到42%以上、甲烷含量由5%~6%提高到18%以上;配套齐全的环保设施,满足越来越严格的环保要求;直立炉大型化,且实现密闭装煤、干法熄焦、热循环煤气载热体干馏和自动化控制;使用清洁高效煤气净化工艺技术,降低煤气温度,实现脱硫脱氨、VOCs治理;配备深度废水处理工艺与装置,使废水处理达标回用。同时,该工艺还可以运用粉煤无黏结剂高压剪切力成型技术,解决制约兰炭行业的块煤原料问题,并通过配煤可调控半焦质量,达到合理利用煤炭资源的目的。
  孟庆波指出,对兰炭用于铁矿烧结的研究分析表明,用兰炭作烧结燃料时,要降低兰炭挥发分,适当增大兰炭粉配比;就燃烧性而言,要适当增大兰炭粒度、减少细粉含量,使大于5毫米粒级控制在15%左右、小于1毫米粒级不超过17%。
  孟庆波表示,对兰炭用于高炉喷吹进行研究,发现兰炭的流动性和喷流性指数与无烟煤相当,其优异的燃烧性能和气化性能对高炉喷吹十分有利,但兰炭的可磨性和灰熔融特性不如无烟煤。
  “因此,兰炭可替代无烟煤用于高炉喷吹,但应通过选择合适的煤种和适当降低干馏温度以提高挥发分,来改善其可磨性。”孟庆波认为。经过大量实验得到,神木兰炭是优质的高炉喷吹燃料,可以用于高炉喷吹。
  对于兰炭替代焦丁用于高炉炼铁,中钢鞍山热能院用神木兰炭进行了一系列的实验。他们将兰炭和铁矿石混合投入高炉炼铁,发现在投料和炉料下降初期,兰炭产生的小块和粉末会比焦丁多;随着温度升高,碳溶反应加剧,兰炭和冶金焦的强度差逐渐接近,兰炭的使用效果与焦丁相比相差不多。同时,他们发现,将兰炭和冶金焦搭配用于高炉炼铁,可以发挥所长,有效节约优质炼焦煤资源。
  “神木兰炭替代焦丁用于高炉炼铁,在整个工业试验期间,高炉顺行,铁水质量等没有明显变化,但用神木兰炭替代焦丁用于高炉生产还需要积累经验。”孟庆波补充道。
  最后,孟庆波这样总结今后兰炭产业的发展方向:兰炭生产应走大型化、清洁化和高效化之路,为生存和构建产业链奠定基础;兰炭产品应定制化,以满足不同用户需要,拓展应用领域;采用外燃内热式新型直立炉技术生产高品质煤气,为兰炭产业与化工产业结合提供合成气;开发兰炭生产原料多样化工艺技术和粉煤干燥—成型—干馏一体化工艺技术,充分利用粉煤资源,实现可持续发展。
  《中国冶金报》(2019年06月12日 05版五版)

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