申 靜，陳芃娜，李 明，關(guān)衛(wèi)龍

(1.山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，山西運(yùn)城044000;2.運(yùn)城市安運(yùn)安全技術(shù)評(píng)價(jià)有限公司，山西運(yùn)城044000)

1 我國(guó)褐煤資源分布情況

自2005年以來，我國(guó)能源消費(fèi)中煤炭比例一直在65%左右，“十二五”時(shí)期我國(guó)經(jīng)濟(jì)預(yù)計(jì)將持續(xù)保持9%左右增長(zhǎng)，煤炭在能源中的消費(fèi)比例仍將保持在65%左右;而國(guó)內(nèi)煙煤和無煙煤由于長(zhǎng)時(shí)間開采，儲(chǔ)量在逐年減少;褐煤的綜合利用及發(fā)展成為我國(guó)今后能源研究的重要方向。

據(jù)20世紀(jì)末的統(tǒng)計(jì)，中國(guó)已探明褐煤保有儲(chǔ)量1311.24億t，占全國(guó)煤炭總儲(chǔ)備量的13%左右。我國(guó)褐煤資源主要分布在華北地區(qū)，約占全國(guó)褐煤資源量的3/4以上，其中以內(nèi)蒙古東部地區(qū)賦存最多，煤種以中生代侏羅紀(jì)硬褐煤為主;西南地區(qū)是我國(guó)僅次于華北地區(qū)的第二大褐煤基地，其儲(chǔ)量約占全國(guó)褐煤總儲(chǔ)量的l/8，其中大部分分布在云南省境內(nèi)，主要是新生代第三紀(jì)軟褐煤。東北、中南、西北和華東各區(qū)褐煤資源量均不到全國(guó)資源褐煤資源總量的3%。

2 褐煤提質(zhì)深加工必要性

褐煤是煤化程度最低的煤種，煤化程度介于泥炭和煙煤之間，其水分、灰分高，硫較低，含碳量低，氧含量高，氫含量變化大，揮發(fā)分一般在45% ～55%。由于褐煤水分高、熱值低、易風(fēng)化和自燃，單位能量運(yùn)輸成本高，不利于長(zhǎng)距離輸送和儲(chǔ)存。

褐煤直接燃燒熱效率較低，且溫室氣體排放量很大，難以大規(guī)模開發(fā)利用。此外，褐煤作為原料轉(zhuǎn)化利用也受到限制，褐煤液化、干餾和氣化都需要把煤中水分降至10%以下。褐煤若不經(jīng)過提質(zhì)加工，將難以滿足多種用戶的質(zhì)量要求。在缺油、少氣、富煤(褐煤)的地區(qū)，以高揮發(fā)分低階褐煤為原料，采用先進(jìn)低溫干餾技術(shù)制取半焦用于發(fā)電不但熱值提高發(fā)電效率提高，而且減少了10%的二氧化碳排放。回收的煤焦油(石油替代品)加氫裂解制取柴油和汽油，又可緩解我國(guó)原油55%的進(jìn)口依賴度，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力、較好的經(jīng)濟(jì)效益及戰(zhàn)略意義。節(jié)能減排降耗、油價(jià)高漲和煤炭、石油供應(yīng)的不穩(wěn)定性已把褐煤轉(zhuǎn)化推向了一個(gè)“戰(zhàn)略轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。

3 國(guó)內(nèi)外褐煤提質(zhì)技術(shù)概況

世界各國(guó)使用褐煤已有悠久的歷史，德國(guó)作為褐煤資源大國(guó)和工業(yè)強(qiáng)國(guó)，是最早進(jìn)行褐煤的工業(yè)化加工利用的國(guó)家;20世紀(jì)70年代后，澳大利亞、美國(guó)等褐煤生產(chǎn)大國(guó)的褐煤提質(zhì)技術(shù)研發(fā)也非常活躍;日本作為能源缺乏的國(guó)家對(duì)廉價(jià)褐煤的利用也非常重視。

近年來，隨著國(guó)內(nèi)煤炭?jī)r(jià)格大幅上漲，價(jià)格相對(duì)低廉的褐煤資源又重新引起能源化工行業(yè)的重視，一批新建煤化工項(xiàng)目紛紛改用褐煤作為原料，開發(fā)出了多種褐煤提質(zhì)加工技術(shù)。國(guó)內(nèi)外褐煤提質(zhì)加工技術(shù)歸納起來大體可分為非蒸發(fā)脫水提質(zhì)技術(shù)、成型提質(zhì)技術(shù)、熱解提質(zhì)技術(shù)三大類。

3.1 非蒸發(fā)脫水提質(zhì)技術(shù)

以高溫、高壓蒸汽(或高溫?zé)嵊?干燥技術(shù)為代表的褐煤非蒸發(fā)脫水提質(zhì)技術(shù)，是通過高溫、高壓等條件來改變褐煤的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，使其轉(zhuǎn)變成為潔凈、高效的煙煤的一種提質(zhì)方法。該新型提質(zhì)技術(shù)是將褐煤與高溫高壓蒸汽(或高溫?zé)嵊?直接接觸，使褐煤水分呈液態(tài)脫出，不需蒸發(fā)潛熱，熱效率高，在脫水過程中褐煤不會(huì)自燃，安全性高;通過此方法使褐煤收縮變得更加致密，疏水性增強(qiáng)，該方法熱效率及其安全性都比較高。

3.2 成型提質(zhì)技術(shù)

成型提質(zhì)技術(shù)是指褐煤在成型過程中，經(jīng)過高壓或擠壓等物理作用，使其凝膠結(jié)構(gòu)和孔隙系統(tǒng)受到不可逆的破壞，因而在本質(zhì)上改變了煤種的物理結(jié)構(gòu)，使其煤化度得到提高。國(guó)內(nèi)比較成熟的成型提質(zhì)技術(shù)是神華集團(tuán)的HPU－06工藝技術(shù)。該技術(shù)是將含水量大的原煤經(jīng)過快速加熱脫水、干燥、在無黏結(jié)劑條件下壓制成型，2009年10月，神華寶日希勒褐煤提質(zhì)項(xiàng)目已完成試車。

3.3 熱解提質(zhì)技術(shù)

褐煤熱解(干餾)提質(zhì)是指在隔絕空氣(或在惰性氣體)條件下將褐煤加熱，使其發(fā)生一系列物理和化學(xué)變化，使煤中水分蒸發(fā)、氧含量減少、熱值提高，最終得到焦油、煤氣和半焦產(chǎn)品的提質(zhì)方法。熱解產(chǎn)生的煤氣可直接作為生活燃料用氣或化工用合成氣;半焦具有低灰、低硫、固定碳高的特點(diǎn)，可用于合成氣、電石等行業(yè)生產(chǎn)，也是生產(chǎn)活性炭等化工產(chǎn)品的原料。

4 國(guó)內(nèi)某褐煤提質(zhì)項(xiàng)目建設(shè)情況

國(guó)內(nèi)某褐煤提質(zhì)項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟白音華煤田境內(nèi)，其所產(chǎn)褐煤屬于高水分、低硫、高揮發(fā)性煤種。該項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為處理褐煤1000萬t/a，裝置年運(yùn)行時(shí)間為8000 h，使用目前國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟的“新型褐煤低溫干餾工藝”。該項(xiàng)目共有20臺(tái)新型提質(zhì)干餾爐，單爐處理能力為1500 t/d，兩臺(tái)爐共用一套煤氣后處理及焦油回收系統(tǒng)。其主要產(chǎn)品為:半焦400萬t、焦油50萬t。

4.1 新型褐煤低溫干餾工藝闡述

“新型褐煤低溫干餾工藝”核心設(shè)備為低溫提質(zhì)干餾爐，采用外燃內(nèi)熱式多段方爐結(jié)構(gòu)，外部結(jié)構(gòu)為立式方爐，爐體分為5段，由煤斗、預(yù)熱段、干燥段、干餾段和冷卻段組成。

該設(shè)備有以下特點(diǎn):①采用獨(dú)特的燃?xì)膺M(jìn)氣和加熱方式，有效降低氣體阻力，換熱效果好。②設(shè)置預(yù)熱段，充分利用煙氣余熱，使系統(tǒng)熱能實(shí)現(xiàn)綜合利用。③加熱系統(tǒng)采用獨(dú)特外燃內(nèi)熱式供氣，避免系統(tǒng)超溫，降低固定碳損耗。④冷卻段使用干燥段冷煙氣冷卻半焦，大大降低了裝置水消耗。⑤使用裝置產(chǎn)生的煤氣作為供熱源，可實(shí)現(xiàn)熱量自平衡，裝置能耗低。

生產(chǎn)工藝流程如下:褐煤通過篩分、破碎系統(tǒng)，褐煤達(dá)到低溫提質(zhì)干餾爐要求的粒徑，經(jīng)傳送系統(tǒng)至煤斗內(nèi)存儲(chǔ)。煤斗內(nèi)設(shè)有布?xì)夂图瘹庋b置，利用從冷卻段來的熱煙氣對(duì)煤斗內(nèi)原煤進(jìn)行初步預(yù)熱，使煤的溫度提高到一定溫度。原煤從煤斗進(jìn)入干燥段，該段設(shè)有4個(gè)燃燒器，燃燒所需煤氣來自干餾段產(chǎn)生的煤氣，在該段煤中約95%的水分被脫除，同時(shí)煤的溫度被提高到150℃左右。

干燥段出口煙氣進(jìn)入冷卻段對(duì)半焦進(jìn)行冷卻，干燥后的煤繼續(xù)下行進(jìn)入干餾段，在該段煤被繼續(xù)加熱升溫到560℃左右，熱源由2個(gè)燃燒器提供，燃燒用煤氣來自干餾段產(chǎn)生的煤氣。在干餾段褐煤大部分揮發(fā)分被轉(zhuǎn)換為煤氣和焦油氣從出口排出，經(jīng)除塵后進(jìn)入煤氣冷卻凈化系統(tǒng)進(jìn)行冷卻凈化回收焦油和煤氣。

荒煤氣經(jīng)水冷、間冷、電捕焦油器、煤氣溫度從300℃降低到30℃左右，荒煤氣中大部分重質(zhì)焦油和輕質(zhì)焦油分別在間冷中冷凝析出和被電捕焦捕捉，凈化后的煤氣返回干餾段和干燥段燃燒提供熱量。褐煤經(jīng)干餾段低溫提質(zhì)后變?yōu)榘虢梗虢闺S后進(jìn)入冷卻段，使用干燥段的冷煙氣進(jìn)行冷卻，半焦溫度降到70℃左右，由推焦機(jī)推入埋刮板機(jī)內(nèi)，使用傳送帶輸送至儲(chǔ)焦倉。

每生產(chǎn)噸半焦可產(chǎn)生450 Nm3左右煤氣，能基本滿足干餾段的熱量需求。在生產(chǎn)開車階段和煤質(zhì)發(fā)生變化自產(chǎn)煤氣量不足時(shí)，可由啟動(dòng)爐所產(chǎn)煤氣進(jìn)行臨時(shí)補(bǔ)充。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

褐煤提質(zhì)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性受國(guó)內(nèi)外煤炭?jī)r(jià)格、焦油價(jià)格、技術(shù)水平、生產(chǎn)成本等方面的影響較大，建設(shè)褐煤提質(zhì)項(xiàng)目要避免盲目跟風(fēng)，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身情況合理選擇，下面就褐煤提質(zhì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

通過對(duì)比國(guó)內(nèi)已建成或在建項(xiàng)目的投資數(shù)據(jù)，新建1000萬t/a褐煤提質(zhì)項(xiàng)目投資額預(yù)計(jì)在9.00億元左右，裝置建成投產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)銷售收入16.80億元/a，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)3.4504億元/a，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

依據(jù)2012年上半年褐煤平均價(jià)格計(jì)算，每噸半焦不含稅成本約為272.71元/t，如按2012年上半年半焦含稅平均價(jià)格420.00元/t計(jì)算，則噸半焦利潤(rùn)為86.26元，利潤(rùn)總額34504.00萬元/a(稅前)。半焦單耗和成本情況見表1。

計(jì)算依據(jù):①總投資9.00億元，折舊按14年折舊，銀行利息7.05%，來源全部為銀行貸款。②新增定員為600人，工資及附加水平為7.20萬元/a·人。③煤選用白音華褐煤，價(jià)格在120元/t(不含稅到廠價(jià))。④煤炭?jī)r(jià)格近幾年一直上漲，2012年上半年半焦平均價(jià)格在420元/t左右。

5 結(jié)語

褐煤提質(zhì)項(xiàng)目利潤(rùn)來源主要為焦油，比單純的褐煤物理干燥有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)該項(xiàng)目屬于資源節(jié)約型項(xiàng)目，不僅充分利用了內(nèi)蒙東部白音化富裕的褐煤資源優(yōu)勢(shì)，同時(shí)極大程度地實(shí)現(xiàn)了褐煤資源的清潔利用和附加值增加。

但是褐煤提質(zhì)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性受國(guó)內(nèi)外煤炭?jī)r(jià)格、焦油價(jià)格、技術(shù)水平、生產(chǎn)成本等方面的影響較大，同時(shí)國(guó)內(nèi)近年來新上馬的褐煤提質(zhì)項(xiàng)目也較多，建設(shè)褐煤提質(zhì)項(xiàng)目要避免盲目跟風(fēng)，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身情況合理選擇。

表1 半焦單耗和成本一覽表