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煤-化-电综合生态产业链

什么是煤-化-电综合生态产业链?

煤-化-电综合生态产业链以国际首创的富氧燃烧综合节能减排技术和煤炭分级分质高效利用技术为创新驱动,开拓性的以火力发电锅炉为平台,应用富氧燃烧综合节能减排技术为火力发电锅炉调峰、节能、减排、增效;煤炭分级分质高效利用技术产生的煤气为富氧燃烧综合节能减排提供辅助燃料,同时产生清洁型焦(炭)、轻烃等新能源产品;火力发电锅炉充分消纳煤炭分级分质高效利用技术的废气物,从而实现循环经济、循环减排。将煤制清洁燃料行业、火力发电行业以及化工行业有机地结合在一起,突破煤炭行业、电力行业、化工行业平衡发展的格局,将资源(煤)、能源(电)、化工三大领域合并重组,创建了煤-化-电联合生产模式,形成了“煤-化-电”三位一体的综合生态产业链。

一、技术背景

我国能源结构表现为“富煤、贫油、少气”,石油和天然气进口量达消耗总量的70.9%和45.3%,其中2018年全年中国进口原油达4.02亿吨,天然气838亿方/年,已对国家能源战略安全形成威胁。因此如何更加地高效、清洁的利用煤炭资源是解决我国能源问题的当务之急。

自国家“十二五”规划以来,相继出台了《煤炭高效利用行动计划》、《煤炭深加工发展十三五规划》、《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》、《中国“十四五”电力发展规划研究》等相关政策文件——在大力防治污染,实现火力发电近零排放、实现火力发电灵活性运行的同时,明确提出加强煤炭清洁生产和利用,鼓励“煤-化-电”一体化发展,加强各系统耦合集成的政策要求。

2019年习近平总书记主持召开中央全面深化改革委员会第八次会议,围绕能源改革发展,提出 “四个革命、一个合作” 新思想战略,即推动能源消费革命、能源供给革命、能源技术革命、能源体制革命,加强全方位国际合作,开辟了中国特色能源发展理论的新境界,为做好新时代能源工作指明了努力方向。

二、技术路线 

煤-化-电综合生态产业链是以燃煤火电为平台,富氧燃烧综合节能减排技术为基础和纽带,以煤炭分级分质高效利用技术为支撑的综合生态产业链,将煤制清洁新能源板块、火力发电板块以及石油化工板块有机地结合在一起。

第一,火力发电板块中的燃煤火力发电锅炉需应用富氧燃烧综合节能减排技术进行调峰(消纳可再生能源)、减排(降低氮氧化物)、节能(降低发电标煤耗)、增效(提高锅炉炉效),在此过程中富氧燃烧综合节能减排技术需要辅助燃料。

第二,煤制清洁新能源板块中的煤炭分级分质高效利用系统为富氧燃烧综合调峰节能减排提供辅助燃料——煤气,在此过程中可同时产生清洁型焦(炭)、低温焦油等产品;富裕煤气可通过物理吸附方式生产天然气。

第三,低温焦油出售给炼油企业炼制成汽油/柴油;生产的天然气出售给天然气销售企业销售,形成石油化工板块。石油化工板块可独立于煤-化-电综合生态产业链之外,由市场专业行业实施。

第四,在富氧燃烧综合节能减排技术的作用下,上述过程中所产生的废气物等充分消纳在火力发电锅炉中,同时火力发电板块可为各板块提供电力和蒸汽,实现循环经济、循环减排。

煤-化-电综合生态产业链突破了煤炭、电力、化工平衡发展的格局,将资源(煤)、能源(电)、化工三大领域合并重组,创建了煤-化-电联合生产模式,形成了“煤-化-电”三位一体的综合生态产业链。

煤-化-电综合生态产业链充分利用了我国“富煤”的能源特点,将煤炭资源高效制取各类新型清洁能源材料,优化我国能源结构,社会及经济效益巨大,比如深加工产生柴油、汽油等战略能源,可减少我国油类能源进口量,增加我国油类能源战略储备。

三、煤炭分级分质高效利用技术

(1)技术机理

煤炭分级分质高效利用技术是将特有复合熔接剂主动嵌入普通煤种的物质结构中,使普通煤种具有粘结性、结焦性,从而将普通煤改质为可中低温、短时间进行分级分质利用的成型原材料,成型原材料先进行炭水分离后,再通过全方位热辐射、动态无氧干馏的方式进行油、气、炭分离,生产的型焦(炭)与自身产生的干馏煤气通过上下对流运动式干法熄焦(炭)。

本技术原料适应性广泛,可适应不同品质的煤质以及不同形状的煤种,如利用块煤可生产兰炭;低品质粉煤加普通粘合剂生产型炭,替代散煤或作为炭制品原料;高品质粉煤加专属粘合剂和专属沥青生产型焦。各个产品的生产工序所需的工艺设备和辅助材料有所不同,对应可多样化生产煤制品,如型焦、型炭、兰炭,体现了本技术显著的经济性。

本技术是中低温、短时间、高效地进行煤炭分级分质应用,将成型原材料的炭水分离和油气炭分离独立进行,同时采用干法熄焦(炭)方式,体现了本技术中煤炭分级分质过程的清洁环保性。

煤炭分级分质高效利用技术工艺流程

(2)工艺流程

本技术的工艺设备主要包括原料改质装置、热压成型装置、炭水分离干燥装置、立式外燃内热一体化干馏炉、成化装置以及相关辅助装置。具体的工艺流程如下:

A.将粉状普煤按比例配入复合熔接剂,经原料改质装置、热压成型装置后形成型煤;

B.再将型煤通过炭水分离干燥装置,将型煤水分降低至4%以下,烘干水分后的型煤进入立式外燃内热一体化干馏炉分级分质生产油/气/炭;

C.型煤在立式外燃内热一体化干馏炉内无氧干馏为型焦(型炭、兰炭)后,向下蠕动进入干法冷却段,干法冷却在隔绝空气的前提下利用循环冷煤气进行冷却,实现冷却过程无有害废水产生;

D.冷却后的型焦经出料口排出炉体,经皮带送至堆场、外售;

E.在分级分质过程中产生的荒煤气利用成化装置中的焦油船循环水喷洒洗涤,实现煤气、焦油液分离;

F.分离出的煤气:一部分干馏煤气送回干馏炉自用,一部分不消耗循环进行干法熄焦,一部分干馏煤气外送使用

G.分离下来的低温煤焦油外送使用

(3)主要设备特点

A.立式外燃内热一体化干馏炉

应用全方位热辐射、动态无氧干馏方式,彻底改变传统炼焦方式,到达非焦煤炼焦的目的,使其具有显著的特点:

a.型煤通过立式外燃内热一体化干馏炉,实现在中低温下无氧热解均匀,并转化为清洁型炭(或根据不同的原料生产型炭、兰炭);

b.立式外燃内热一体化干馏炉为立式炉结构,集预热段、干馏段、干法熄焦段、出料段为一体,型煤从上到下动态经过预热、干馏、干法熄焦冷却,实现全新动态结焦,实现连续动态生产;

c.立式外燃内热一体化干馏炉所需干馏热源来自于自产的煤气燃烧,热源辐射方式为由内向外和由外向内全方位均衡热辐射方式;

d.立式外燃内热一体化干馏炉所需干法熄焦的煤气采用自产冷煤气干法熄焦,无废水产生,熄清洁型炭的煤气通过降温后循环使用。

(2)原料改质装置

 在原料改质装置中,将粉状普煤和特有复合熔接剂混合,通过调配混合温度、混合时间,使特有复合熔接剂主动嵌入普通煤种的物质结构中,使普通煤种具有粘结性、结焦性

(3)热压成型装置

在热压成型装置中,通过水蒸汽激发改质后的原料内水析出,并瞬间收缩,使改质后的原料热压成型,成型后的型煤含水量极少、强度高,同时可根据市场需求,通过热压成型装置定制型焦大小、定制型焦性能指标。

(4)炭水分离干燥装置

成型后的型煤在炭水分离干燥装置内,通过微悬浮式、往返法对型煤进行炭水分离干燥,控制分级分质过程中无多余废水生产。

(5)成化装置

在成化装置中采用循环水冼涤,将焦油从煤气中分离出来,使油成化装置达到水平衡,无废水外排。

四、与传统工艺的对比

煤-化-电综合生态产业链与传统煤化工行业的工艺对比

项目

煤-化-电综合生态产业链

传统煤化工行业

环保性方面

(1)采用循环洗涤和干法熄焦方式,无废水排放;

(2)利用煤粉发电锅炉环保装置为消纳终端,无废气排放;

(3)采用先成型后干馏方式,将原料煤充分热解,无粉尘等固废产生。

(1)需消耗大量水资源,且需配套建设相应的污水处理系统;

(2)有大量的温室气体及污染废气产生,需配套建设相应的环保处理系统;

(3)在储存、破碎、加工等工艺段中有大量的粉尘产生,需配套建设相应收集处理系统。

安全性方面

整个生态产业链低压(0.02~0.025MPa)运行,运行安全可靠。

高压运行工艺,存在运行安全风险,如水煤浆加压气化工艺,运行压力有6.5MPa左右。

经济效益方面

(1)基于环保性等方面的优势,投资低;

(2)可将粉煤变为块煤、可用非焦煤生产型焦,收益大。

(1)传统煤化工行业配套的环保等方面投入较大,整体投资高;

(2)以煤干馏为例,主要收入来自于煤焦油,兰炭基本与成本持平,收益低。

   

五、技术优势

煤-化-电综合生态产业链充分利用了我国“富煤”的能源特点,将煤炭资源高效制取各类新型清洁能源材料,优化我国能源结构。根据《中国散煤治理调研报告》显示,我国每年散煤消费量约为7.5亿吨,若在全国建设约100个原煤转化量为500万吨的煤-化-电综合生态产业链平台,每年可制取约4.87亿吨犹如天然气一样清洁燃烧的清洁型炭代替散煤,大幅度降低大气污染物的排放,从而带动了煤制清洁燃料产业健康而快速的发展。

煤-化-电综合生态产业链在制取新型能源清洁型焦(炭)的同时,可将副产物低温焦油进一步深加工产生柴油、汽油等战略能源,按制取约4.87亿吨/年清洁型焦(炭)同比计算,可制取柴油约3500万吨/年,汽油约470万吨/年,天然气约400亿方/年,减少我国油类能源进口量,增加我国油类能源战略储备。

在整个煤-化-电综合生态产业链中,各行业间优势互补、互相支撑、互相依托,还可制取低能耗、低成本的氢气、甲醇、液氧、液氮、液氩等产品。其中氢能的制取蕴育着广阔的前景,如氢汽车氢燃料电池等。从而推动和发展了能与国际价格竞争的低能耗、低成本煤制氢气等清洁能源产业,取得了化解煤炭过剩产能、促进煤炭行业转型和煤化工产业升级的多重效果。

煤-化-电综合生态产业链各行业间通过物流、能流的方式实现废物、能量和信息的互换,通过富氧燃烧综合节能减排的高效环保处理,确保整体产业链达到国家近零排放标准,并且通过风火电力互换使综合生态产业链最大限度的使用可再生绿色电力,从而减少CO2排放,实现产业生态化;另外煤-化-电综合生态产业链建成后将产生大量富氢干馏煤气,以年处理原料40万吨级产业链为例,若将该煤气全部用于电厂燃烧,全年可减少CO2排放6.16万吨,另外通过煤气富氧燃烧深度调峰可减少CO2排放43.8万吨;确保燃煤发电锅炉消纳煤-化-电综合生态产业链废气物后任可大幅度减少CO2排放。

煤-化-电综合生态产业链每年可产生巨大的经济效益,单就应用约4.87亿吨/年新型能源清洁型焦(炭)代替散煤可产生直接经济纯收益近2700亿元,柴油、汽油经济纯收益近2500亿元,在振兴全国火力发电行业经济的同时,可有效地提高当地人均GDP值,带动当地人口就业及经济的全面发展,实现生态产业化。

综上,煤-化-电综合生态产业链搭建了煤-化-电能源互联网,构建了高效、清洁、低碳“三位一体”体系,形成了煤、化、电一体化的新兴产业,加大了我国能源产业的发展,推动了我国能源产业的技术升级。

同时,煤-化-电综合生态产业链通过技术耦合创新将各产业融为一体,满足国家节能、低碳、环保的发展模式,将产业外部间的能源消费转变为产业内部阶梯式上下游消费,将单一的能源供给侧转变为多元化的能源供给侧。若在煤炭资源丰富的地区(如山西省)实施煤-化-电综合生态产业链,可使其由资源输出大省转变为新型能源输出大省;若在全国加大该综合生态产业链的建设,可保障我国在相应能源领域的能源战略安全。 

六、工程应用

内蒙古准大发电公司2×300MW机组燃煤火电富氧燃烧综合节能减排耦合煤炭分级分质高效利用EMC项目:

  七、产品介绍

以内蒙古准大发电公司2×300MW机组燃煤火电富氧燃烧综合节能减排耦合煤炭分级分质高效利用EMC项目为例,其产品如下:

(1)清洁型焦(炭)产品展示: 

 

A.清洁型焦(炭)是利用非焦煤为原料干馏而成,各项指标均优于冶金焦,其检测报告如下:

B.清洁型焦(炭)后内部结构:

清洁型焦(炭)内部结构密实且通透性好,呈现银白色,其结焦效果显著。

C.清洁型焦(炭)产品燃烧测试

 

a.型焦通透性好,易燃烧;

b.型焦燃烧火焰旺盛,火苗高度可达1750px以上;

c.炉膛中心温度1200℃以上,型焦燃烧表面温度900℃以上;

d.热稳定性好,燃烧过程不塌炉,具有骨架支撑作用;

e.热强度好,完全燃烧反应中的新型焦炭2米高落下不散不碎,从炉中取出放入水中急冷后不散不碎,并可承受80公斤以上压力

f.熬火性好,可维持高温燃烧2小时以上。

g.燃烧反应彻底,灰渣无型焦残留。

(2)低温煤焦油产品展示:

低温煤焦油具有无尘、可利用性高的特点,其检测报告如下:

(3)干馏煤气

干馏煤气热值高,富含氢气与甲烷,可直接吸附分离提取,其检测报告如下:


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