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煤基低碳能源技术促煤化工转型升级

发布者:公司企划部  发布时间:2017-04-18  浏览次数:

2015年5月5日,国家能源局对外发布了《煤炭清洁高效利用行动计划(2015~2020年)》,其中特别强调,要注重改造提升传统煤化工产业,稳步推进现代煤化工产业的发展。

 

2016年10月底,国务院印发《“十三五”控制温室气体排放工作方案》,以加快推进绿色低碳发展。面对经济下行压力和严峻的环保形势,煤化工产业如何进一步调整规划布局、清洁高效利用现有煤炭资源,突破困局、实现绿色可持续发展是政府和企业亟待解决的问题。

 

 

现代煤化工着力煤基清洁高效利用

 

 

煤的气化是煤炭清洁高效的重要基础,是发展清洁能源、煤基化学品、联合循环发电、制氢、燃料电池、多联产系统等过程工业的第一步。煤气化是煤化工生产过程的核心工作,是关系煤化工项目经济性和竞争力的最重要环节。当前,我国煤制气产业正在由传统煤化工向现代煤化工战略转型,如何实现煤基清洁能源综合高效利用的技术突破,促进煤制气行业健康可持续发展,提升我国行业技术的国际影响力,是整个业界的重大课题。

 

科技部“十二五”863计划专家委员会专家、我国煤炭工业协会洁净煤技术委员会委员杜铭华先生指出,面对当前日益严峻的环保和能源形势,煤化工业内企业应注重开发绿色技术,缓解能源供应问题,实现煤炭清洁、高效利用。作为能源领域的知名企业,新奥集团通过开发具有自主知识产权的高效、低排放的煤制天然气技术,实现国际领先的煤制气产业化技术的发展战略。

 

 

技术创新是煤化工产业发展的关键

 

 

我国是煤化工生产发展大国,包括煤制天然气、煤炭间接液化、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制芳烃等技术不断创新,并逐步转向产业化应用,国内大型煤化工示范项目运行良好,煤化工的技术创新已经走在了世界前列。

 

 

1 煤催化气化技术

 

 

煤催化气化制天然气技术,是在多功能催化剂作用下,煤和水蒸气在一个反应器内同时发生煤气化、变换和甲烷化三个反应,该技术将吸热反应和放热反应有效耦合起来,大幅提高甲烷产率和系统能效。它对于我国较为丰富的低阶煤资源具有很好的适应性,能源转化效率、环保指标均可满足国家要求,不仅实现了对低阶煤资源的高效开发和清洁化利用,还可弥补我国天然气需求快速增长形成的供应缺口,具有良好的社会效益和市场前景。

 

在实际运用生产过程中,煤催化气化技术体现出诸多优势:一是煤种适应性广,烟煤、次烟煤和褐煤均可采用该技术实现高效利用;二是能量利用效率高,采用煤热解、催化气化、燃烧相结合的分级转化技术,过程热效率高达72%,比常规技术高10%左右,提高甲烷产率的同时,减少二氧化碳排放;三是过程经济性好,甲烷和焦油联产,大幅提高过程经济性;四是环境友好,煤气降温采用间接冷凝技术,不产生洗焦废水,炉内未分解水用于催化剂回收,无废水排放问题。

 

新奥自主开发的煤催化气化技术于2008年立项,先后完成了实验室小试研究、反应器内流场和反应特性研究、处理规模为5吨/天的自热式流化床过程放大研究和百吨级、千吨级示范工程装置工艺包编制。成功开发了完整的煤催化气化工艺体系,形成了一系列具有自主知识产权的核心技术。该技术通过了河北省科技厅组织的成果鉴定,技术达到国际领先水平。催化气化千吨级示范项目已在内蒙古达拉特旗开工建设,预计2017年底建成。

 

 

2煤加氢气化联产芳烃和甲烷技术

 

 

煤加氢气化联产芳烃和甲烷技术,是指煤粉与氢气在中温(800-1000℃)和高压(5-10MPa)条件下发生快速加氢热解反应、挥发分二次裂解反应以及活性半焦的加氢气化反应,最终生成甲烷、高附加值轻质芳烃油品和清洁半焦的过程。该技术通过煤加氢反应过程充分利用了低变质煤种自身化学结构,在获得甲烷产品同时得到高附加值芳烃油品,兼具煤制油和煤制气的优势,工艺过程油品收率高、耗水少,通过对煤分级、分质、梯级利用实现煤炭的全价、高效、清洁转化,其经济优势明显,对于综合高效利用占我国储量40%以上的低阶煤资源,尤其是高挥发分的低变质煤炭资源有着重要意义,技术发展前景广阔。

 

新奥煤加氢气化已经突破高压煤粉密相输送、高温高压氢气加氧喷嘴、加氢气化炉等关键技术,打通工艺流程,先后实现10吨/天PDU和50吨/天中试装置的连续稳定运行,工艺各项技术指标经专家技术鉴定认定达到国际领先水平。内蒙古达拉特旗400吨/天工业示范装置预计2017年底完成建设,2018年实现稳定运行。

 

 

3浆粉耦合气化技术

 

 

浆粉耦合气化技术是指在气化炉内同时喷入煤粉和水煤浆,提高整体煤浆浓度,通过调节浆粉投料比例和角度改变炉内气固流动及反应结果,实现煤粉和煤浆高效的共气化。该技术具有优异的煤种适应性能,是针对我国大量劣质煤综合利用探索出的技术新途径,在国家煤炭资源利用、节能减排和环境的可持续发展方面具有重大意义。

 

该技术经济效能明显。一是煤种适应性广。通过调节浆粉比例,可使用成浆性稍差的煤种配合进料,降低了制浆原料煤的成浆性能要求;喷入煤粉的原料煤选择性广,甚至可以使用褐煤。通过综合配煤能够进一步降低原料成本。二是进料有效煤浆浓度可达68%以上,相对于现有水煤浆气化技术,有效气含量和冷煤气效率提高4~6%,同时比氧耗下降约17%、比煤耗下降约11%。三是技术兼有干粉煤气化和水煤浆气化优点,其应用于甲醇生产时,综合能耗约1.6tce/吨甲醇(低于国家先进值);同时其相比现有成熟水煤浆气化技术生产甲醇,在耗水量和碳排放量方面可分别降低11%和12%。

 

经过3年的研发试验,新奥现已形成了具有自主知识产权的煤浆干粉耦合气化炉及多通道烧嘴、高压CO2粉煤密相输送工艺及浆粉耦合气化控制技术,申请专利20余项。1500吨/天浆粉耦合气化技术工艺包已开发完成并通过了专家验收和认可。后续将在内蒙古达拉特旗进行技术示范项目建设,并进行商业化推广。

 

 

4煤加压流化床气化制清洁燃气技术

 

 

煤加压流化床气化制清洁燃气技术,利用劣质粉煤与水蒸气、氧气或空气组成的气化剂在加压流化床气化炉内反应,生成富甲烷清洁燃气。该技术是基于我国环境容量低、劣质煤储量高的特点而开发的一种煤的清洁高效利用技术。

 

该技术适用优势明显。一是原料适应范围广。涵盖了褐煤、长焰煤、三高煤、生物质及民用垃圾等。二是 清洁燃气热值调节范围广,单炉产气量大,操作弹性高,对用气量的波动调节灵活。三是高效率、低成本、环境友好。大大降低工艺投资,同时有效减少二氧化碳排放;采用干法排灰,废水量少,处理简单。四是气化操作压力高,单炉产能大,清洁燃气可直接接入用户,省去压缩能耗;此外,本工艺可直接配置燃气轮机在IGCC领域应用。

 

新奥煤加压流化床气化制清洁燃气技术,先后完成了实验室小试研究、过程开发装置研究、中试放大研究等,完成一系列关键技术的开发和验证,形成120余项专利。在技术开发过程中,完成新疆、内蒙、山西、陕西、云南、福建等多地、多煤种工艺适用性评价,结合不同煤质属性,匹配适宜的催化剂,可实现劣质煤的高效转化,并建立了丰富的煤种数据库;同时与多家单位建立广泛合作,针对客户提供的煤种,在中试装置上进行煤种气化工艺适用性评价,结合评价结果为客户提供煤制清洁燃气技术方案。

 

 

5水处理新选择——超临界气化/氧化技术

 

 

超临界水气化/氧化,是利用水在超临界状态下反应速度快、反应完全和换热效率高的特性,对高水含量含碳物质进行处理的过程。该技术可应用于污泥、高浓度难降解废液及工业危险废物中污染物的高效降解。随着国家环保标准和监管体系的日益完善,超临界处理作为废弃物低成本清洁资源化处理新技术,具有强大市场竞争力,市场前景广阔。

 

新奥能源研究院于2011年建成国内最大的超临界中试平台(6吨/天),利用该平台完成市政污泥、印染污泥、焦化废水和碱渣废液、制药釜残液、抗生素药渣等多种危险废物的降解处理以及高水褐煤气化试验研究。在完成工艺、关键设备、耐腐蚀材料技术积累和工业放大研究的基础上,2015年5月,由新奥投资1.2亿元兴建的廊坊市政污泥及危险废物处理项目在廊坊市龙河工业园建成正式投入运营,污泥及危险废物综合处理能力达到240吨/天。

 

2015年5月,新奥启动36t/d撬装式危废处理装置及18吨/天移动式危废处理装置研发项目。历时半年研制,先后完成了工艺包开发、装置设计以及装置集成工作。这标志着新奥超临界水氧化技术在危废处理领域的应用已经正式起步。该装置将应用于各类液态、半液态有机危废的处理,与传统危废处理方式相比,能够符合更严格的危废处理标准,实现真正意义上的危废无害化、减量化处理。

 

 

6碳资源利用新工艺——微藻生物固碳技术

 

 

微藻生物固碳技术,是利用微藻光合作用吸收工农业生产过程中排放的二氧化碳等废气,通过低成本收集和高效油脂提取等后处理技术,联产生物柴油、保健品原料和饲料添加剂等产品。该技术是实现低碳循环经济、建设生态文明的新选择,对于我国二氧化碳资源化利用、沙荒地综合治理起到重要作用。

 

新奥位于河北省廊坊市的中试示范项目实现全年稳定养殖,目前正在内蒙古达拉特旗开展国家级微藻生物能源产业化示范项目,已完成I期工程建设并实现连续稳定运行。

 

当前,我国煤化工产业正处于发展瓶颈期,如何实现煤炭清洁高效利用,推进煤化工产业转型升级是目前业内关注的焦点。煤化工从业者应注重对煤分级、分质、梯级利用,从而真正意义上实现煤炭的高效、清洁转化,为现有煤化工及能源化工产业提供先进的生产工艺及科学、有效的系统化技术路径。(中国化工报)